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Bereich der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Keilrippenriemen mit Boden- und
Rückseiteflächen, die
jeweils mit der gleichen Zahl von Rippen versehen sind.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Als
ein Beispiel von Keilrippenriemen dieser Art ist herkömmlich ein
solcher bekannt, bei welchem die Boden- und Rückseiteflächen des Riemens jeweils die
gleiche Anzahl von Rippen mit einem etwa trapezförmigen Querschnitt haben, die
mit einer entsprechenden positionsmäßigen Beziehung zwischen den
Boden- und Rückseiteflächen ausgebildet
sind, bsp. wie beschrieben in den
U.S.
Patenten No. 5 273 496 ,
5
334 107 und
5 507 699 .
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Wenn
die Oberseite jeder Rippe einen gekrümmten Querschnitt hat, dann
werden die rechten und linken Seitenflächen jeder Rippe speziell als
Berührungsbereich
wirken, die unter Druck in Berührung
sind mit den Seitenflächen
einer Riemenscheibennut der Riemenscheibe für solche Keilrippenriemen,
um an der Kraftübertragung
teilzunehmen. In diesem Fall bildet jedoch die Oberseite jeder Rippe
die nicht mit irgendeiner anderen Oberfläche der Riemenscheibennut in
Berührung
ist, einen unnötigen
Bereich, der nicht für
die Kraftübertragung
benötigt
wird, und der unnötige
Bereich beinhaltet das Problem, dass er als Folge der Biegung des Riemens
Risse erhält.
Bei dem vorstehenden herkömmlichen
Beispiel wird daher der unnötige
Bereich an der Oberseite der Rippe durch eine Formgebung der Rippe
zu einem etwa trapezförmigen
Querschnitt eliminiert.
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Dieser
doppelseitige Keilrippenriemen kann jedoch in einer normalen Position
benutzt werden, bei welcher die Bodenfläche des Riemens als eine innere
Umfangsseite benutzt wird, und kann alternativ in einer umgekehrten
Art und Weise benutzt werden, wobei der Riemen derart von innen
nach außen
gewendet ist, dass seine ursprüngliche
Rückseite
als eine innere Umfangsseite benutzt wird.
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In
einer solchen umgekehrten Position des Riemens wird, wenn die Korde
nicht im wesentlichen im mittleren Bereich des Riemens entlang der
Riemendicke positioniert ist, die relative Position der Korde zu
der Riemenscheibe, an welcher der Riemen um die Riemenscheibe herumgewickelt
ist, zwischen der normalen Position (siehe 5a) und
der umgekehrten Position (siehe 5b) geändert werden.
Dadurch wird ein Unterschied zwischen einem effektiven Durchmesser
der Riemenscheibe, wenn die Rippen auf der Seite der Bodenfläche des
Keilrippenriemens an dessen innerer Umfangsseite ausgerichtet sind,
und einem effektiven Durchmesser der Riemenscheibe, wenn die Rippen
auf der Seite seiner Rückenfläche an dessen
innerer Umfangsseite ausgerichtet sind, vergrößert, sodass daraus eine vergrößerte Abweichung
von einem Drehzahlverhältnis
der Umdrehung erhalten wird, die zwischen den Riemenscheiben der
effektiven Riemenscheibendurchmesser übersetzt wird, gegenüber derjenigen
einer Umdrehung, die zwischen den Riemenscheiben mit dem Durchmesser
eines Konstruktionsentwurfes überfragen
wird. Zusätzlich
wird auch die Riemenlänge
zwischen den Boden- und Rückseiteflächen verändert. Dadurch
wird es erforderlich, eine große
Bewegung der Riemenscheibe zu erlauben, die für eine Spannung des Riemens
beweglich ist, sodass es dadurch schwierig wird, einen kompakten
Konstruktionsentwurf für
eine Vorrichtung mit einer Kraftübersetzung
durch eine Riemen bereitzustellen.
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Insbesondere
für einen
Riemen, bei welchem die Rippen der Bodenflächeseite und der Rückflächeseite
mit gleichen Teilungen angeordnet sind, sodass sie willkürlich entweder
in ihren normalen oder in ihren umgekehrten Positionen benutzt werden
können,
wird der Einfluss, der aus der Abweichung von dem entworfenen Drehzahlverhältnis abgeleitet
wird, zu einem ernsthaften Problem. Er verursacht bsp. einen Mangel
an Kapazität
bei einem Hilfsgerät
der Maschine (ein verringertes Ausmaß der Krafterzeugung oder einen
verringerter Hydraulikdruck), eine Verschlechterung der Lebensdauer
einer Welle als Folge von abnormalen Erhöhrungen der Drehzahl, usw.
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Die
EP-A-0 338 873 beschreibt
einen Keilrippenriemen gemäss
der im unabhängigen
Anspruch 1 angegebenen Art, d.h. einen Riemen, bei welchem die Mitte
einer eingebetteten Korde im wesentlichen in der Mitte der Riemendicke
positioniert ist. Der Riemen weist weiterhin planare obere und untere
Flächen
entlang der Riemenbreite auf, welche Paare von rechten und linken
Ecken an jeder Rippe ergeben, die winkelmäßig derart ausgebildet sind,
dass sie an der planaren oberen Fläche einer betreffenden Rippe
beginnen und sich in einer scharf geneigten Seitenfläche der
Rippe fortsetzen, die zwischen benachbarten Rippen entlang der Rippenbreite
unter einem spitzen Winkel auf eine komplementär ebenso scharf geneigte Seitenfläche der
benachbarten Rippe auftrifft.
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit der Aufgabe der Unterdrückung einer
Diskrepanz zwischen den betreffenden Drehzahlen einer Umdrehung,
die von einer Riemenscheibe auf die andere in der normalen oder
in der umgekehrten Position eines Keilrippenriemens der Ausbildung
gemäss
dem Oberbegriff des unabhängigen
Anspruchs 1.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäss der vorliegenden
Erfindung wird daher ein Keilrippenriemen bereitgestellt, welcher
die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 aufweist.
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Mit
den Anordnungen eines Keilrippenriemens gemäss der vorliegenden Erfindung
werden nur die rechten und linken Ecken jeder Rippe des Riemens,
die an den beiden Seiten der planaren Oberseitenfläche der
Rippe angeordnet sind, mit gekrümmten
Abschnitten mit unterschiedlichen Krümmungsmittelpunkten ausgebildet,
die in Bezug auf die Mittellinie der Rippen bilateral angeordnet
sind, wobei der Krümmungsradium
R der Ecke vorzugsweise in den Bereich von 0.17 hr ≤ R < 0.5 hr und in den
Bereich 0.14 p ≦ R < 0.35 p fällt. Wenn
sich der Riemen in einer gebogenen Position befindet, kann somit
wirksam verhindert werden, dass eine Spannung in den Ecken jeder
Rippe konzentriert wird, die sich an der äußeren Peripherie des Riemens
befindet. Dadurch wird das Verhalten der Risssicherheit des Riemens
in seiner gebogenen Position verbessert und konstant gehalten, wodurch
die Lebensdauer des Riemens verlängert
wird. Zusätzlich
können
große
Bereiche der Rippenseiteflächen
mit der Riemenscheibennut in Berührung
gehalten werden, wenn der Riemen in die Riemenscheibennut eingepasst
ist. Dadurch wird ein verbessertes Verhalten des Riemens bei der
Kraftübertragung
sichergestellt.
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Wenn
der Krümmungsradius
R der Rippenecke weniger als 0.17 hr oder weniger als 0.14 p beträgt, wird
das risssichere Verhalten des Riemens unzureichend. Wenn andererseits
der Krümmungsradius
R der Rippenecke nicht weniger als 0.5 hr oder nicht weniger als
0.35 p beträgt,
wird nicht nur das risssichere Verhalten des Riemens unzureichend,
sondern es wird dann auch dessen Schlupfrate vergrößert, weil
die Länge des
Berührungsbereichs
der Rippe, der unter einem Druck mit der Oberfläche der Riemenscheibennut in
Berührung
ist, um einen Beitrag zu der Kraftübertragung zu leisten, herabgesetzt.
Wenn daher der Krümmungsradius
R der Rippenecke so eingestellt wird, dass er in den Bereich von
0.17 hr ≦ R < 0.5 hr oder in
den Bereich von 0.14 p ≦ R < 0.35 p fällt, dann
kann der Riemen sein risssicheres Verhalten an der Rippenecke verbessern, die
an der Oberseite der Rippe angeordnet ist, während sein Verhalten bei der
Kraftübertragung
verbessert wird durch eine Vergrößerung des
Bereichs des Berührungsteils
der Rippen, der zu der Kraftübertragung
beiträgt.
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Bei
einem Unterschied zwischen den beiden Riemenlängen wie beansprucht im Anspruch
2 kann ein wünschenswerter
Bereich von Positionen der Korde erhalten werden, die im wesentlichen
in der Mitte der Riemendicke anzuordnen ist. Wenn der Unterschied
zwischen den beiden Rippenlängen
mehr als 2 mm beträgt, dann
ist die Wirkung der Unterdrückung
eine Diskrepanz bei dem Drehzahlverhältnis zwischen den normalen und
umgekehrten Positionen des Riemens unzureichend. Der Unterschied
zwischen den beiden Riemenlängen
wird daher auf 2 mm oder weniger eingestellt.
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Mit
dem Unterschied zwischen den beiden Abständen wie beansprucht im Anspruch
3 kann ein wünschenswerter
Bereich von Positionen der Korde erhalten werden, die im wesentlichen
in der Mitte der Riemendicke angeordnet ist. Wenn mit anderen Worten
der Unterschied zwischen den beiden Abständen im Mittel mehr als 0.3
mm über
den gesamten Umfang des Riemens beträgt, dann ist die Wirkung der
Unterdrückung einer
Diskrepanz bei dem Drehzahlverhältnis
zwischen den normalen und den umgekehrten Positionen des Riemens
unzurei chend. Der Unterschied zwischen den beiden Abständen wird
daher auf 0.3 mm oder weniger eingestellt.
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Unter
einem weiteren Aspekt wird ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung
eines Keilrippenriemens zur Verfügung
gestellt. Die Bodenfläche
eines flachen Riemens, der eine eingebettete Korde mit einer generell
schraubenförmigen
Anordnung einschließt,
um eine Reihe entlang der Riemenbreite zu bilden, befriedigt die
folgende Formel, wenn er zuerst bis zu einer Dicke d1 des Riemens
geschliffen wird, nachdem er abgeschliffen worden ist: d1 = hr + δc
+ C/2 + H/2 + (L1 – L2)/(2π) ➀wobei
hr eine eingestellte Höhe
der Rippe ist, δc
eine eingestellte Dicke von einem Ende der Korde neben der Rippe
zu einem Boden der Rippe ist, C der Durchmesser der Korde ist, H
eine eingestellte Dicke des Keilrippenriemens ist, L1 eine Innenlänge einer
Bodenfächeseite
des Riemens ist, wenn die Bodenfläche des Riemens an dessen innerer
Umfangsseite vorgesehen wird, und L2 eine Innenlänge einer Rückseitefläche des Riemens ist, wenn die
Rückseitefläche des
Riemens an dessen innerer Umfangsseite vorgesehen wird. Die Rückseitefläche des
abgeschliffenen Riemens wird auf der anderen Seite nachfolgend abgeschliffen,
bis eine Dicke d2 des Riemens nach dem erfolgten Abschleifen die
folgende Formel erfüllt: d2 = (hr + δc
+ C/2) × 2 ➁
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Wenn
der Keilrippenriemen nach diesem Verfahren durch ein Abschleifen
der beiden Flächen
des Flachriemens zur Ausbildung von Rippen darin hergestellt wor den
ist, dann können
die beiden Flächen
des Flachriemens derart abgeschliffen werden, dass die Korde im
wesentlichen in der Mitte der Dicke des Keilrippenriemens positioniert
ist, selbst wenn die Position der in dem Flachriemen eingebetteten
Korde unbekannt ist. Ein Keilrippenriemen, der eine im wesentlichen
in der Riemendicke positionierte Korde aufweist, kann daher prompt
erhalten werden.
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In
dem vorstehenden Fall wird bei der Bereitstellung der Innenlänge L1 der
Bodenflächeseite
und der Innenlänge
L2 der Rückflächeseite
des Riemens die Innenlänge
L1 der Bodenflächeseite
des Riemens vorzugsweise erhalten mit dem Flachriemen, der noch
abzuschleifen ist und mit seiner Bodenseitefläche zwischen den Messriemenscheiben
herumgewickelt ist, die aus einem Paar von flachen Riemenscheiben
mit gleichen Durchmessern gemäss
der folgenden Formel gebildet ist: L1
= (2 × CD1
+ Kπ)/α ➂wobei
CD1 der Mittenabstand zwischen den Messriemenscheiben, K der Außendurchmesser
der Messriemenscheiben und α der
Verlängerungskoeffizient
des flachen Riemens unter einer Belastung der Messriemenscheiben
ist, wobei dann die Innenlänge
L2 der Rückseitefläche des
Riemens vorzugsweise erhalten wird, wenn der Flachriemen an seiner
Rückseitefläche zwischen
den Messriemenscheiben gemäss
der folgenden Formel herumgeführt
ist: L2 = (2 × CD2 + Kπ)/α ➃wobei
CD2 der Mittenabstand zwischen den Messriemenscheiben ist.
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Durch
eine Messung der Mittenabstände
CD1 und CD2 zwischen den Messriemenscheiben können daher die Innenlängen L1
und L2 der Bodenflächeseite
und der Rückflächeseite
einfach erhalten werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittansicht eines Keilrippenriemens gemäss einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittansicht
einer Rippe.
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3 ist
eine anschauliche Darstellung eines noch zu bearbeitenden Flachriemens
in einem Zustand der Herumwicklung zwischen Messriemenscheiben für eine Messung
des Mittenabstandes.
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4 zeigt Querschnittansichten zur Darstellung
der Dicke des Flachriemens nach dem Abschleifen.
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5 zeigt Querschnittansichten eines Keilrippenriemens,
bei dem der Abstand zwischen der Mitte einer Korde und der Oberseite
der Rippe einer Bodenseitefläche
sich unterscheidet von dem Abstand zwischen der Mitte einer Korde
und der Oberseite einer Rippe der Rückflächeseite, wobei der Keilrippenriemen um
eine Riemenscheibe in normalen und umgekehrten Positionen herumgewickelt
ist.
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6 ist
eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse einer Untersuchung
zum Herausfinden einer Beziehung des Unterschiedes bei der Riemenlänge und
dem Unterschied zwischen dem Abstand von der Mitte einer Korde zu
einer Bodenfläche
des Riemens und dem Abstand von der Mitte einer Korde zu einer Rückseitefläche des
Riemens zeigt.
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7 ist
eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse einer Untersuchung
zum Herausfinden einer Beziehung der Rate des Abfallens eines Drehzahlverhältnisses
von dem Unterschied zwischen dem Abstand von der Mitte einer Korde
zu der Bodenfläche
des Riemens und dem Abstand von der Mitte einer Korde zu der Rückseite
des Riemens zeigt.
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8 ist
ein illustratives Schaubild, welches eine Hilfsantriebsvorrichtung
für die
Untersuchung einer Beziehung der Veränderung des Betrages der Kraft
zeigt, die durch einen Wechselstromgenerator erzeugt wird, und dem
Abstand von der Mitte einer Korde zu der Bodenfläche des Riemens und dem Abstand
von der Mitte einer Korde zu der Rückseitefläche des Riemens.
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9 ist
eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse der Untersuchungen
zum Herausfinden von betreffenden Beziehungen der Anzahl von Zyklen
zeigt, die für
den Riemen aufgenommen wurden, um einen Riss zu erzeugen, und der
Schlupfrate des Riemens in Bezug auf den Krümmungsradius einer Ecke der Rippe.
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10 ist
eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse einer weiteren
Untersuchung zum Herausfinden der Beziehung der Anzahl von Zyklen
zeigt, die für
den Riemen zur Erzeugung eines Risses aufgenommen wurden, in Bezug
auf den Krümmungsradius
der Ecke der Rippe.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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1 zeigt
einen Keilrippenriemen B gemäss
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Dieser Riemen B ist als ein doppelseitiger
Keilrippenriemen mit einer Dicke H ausgebildet. in der Figur bedeutet die
Bezugsziffer 1 die Basis eines Endlosriemens aus Gummi.
In die Riemenbasis 1 ist eine Korde 2 mit einem Durchmesser
C in einer generell schraubenförmigen
Anordnung eingebettet, um entlang der Riemenbreite (in einer seitlichen
Richtung in 1) eine Reihe zu bilden.
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An
der Bodenfläche
der Riemenbasis 1 ist eine Vielzahl von bsp. drei Bodenflächeseite-Rippen 3, 3 mit
einem etwa trapezförmigen
Querschnitt und mit einer Höhe
hr1 ausgebildet, die entlang der Riemenlänge parallel zueinander verlaufen
sowie mit gleichen Ganghöhen
p entlang der Riemenbreite. Andererseits befinden sich auf der Seite
der Rückenfläche der
Riemenbasis 1 Rückflächeseite-Rippen 4, 4,
die einen etwa trapezförmigen
Querschnitt haben mit einer Höhe
hr2 und mit einer identischen Anzahl wie die Bodenflächeseite-Rippen 3, 3,
die mit den gleichen Ganghöhen
p entlang der Riemenbreite ausgebildet sind wie die Rippen 3, 3 an
der Bodenflächeseite,
um mit diesen in vertikaler Richtung übereinzustimmen.
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Die
Rippen 3, 3 der Bodenflächeseite und die Rippen 4, 4 der
Rückflächeseite
bestehen aus Gummi mit identischen Eigenschaften (bsp. Abrasionswiderstand
und Hitzewiderstand) und sind im wesentlichen mit der gleichen Größe ausgebildet.
Die Korde 2 ist im wesentlichen in der Mitte der Riemendicke
angeordnet.
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Spezieller
betrachtet wird ein Unterschied zwischen einer Riemenlänge, wenn
die Rippen 3, 3 der Bodenflächeseite an der inneren Umfangsseite
des Riemens ausgerichtet sind (siehe 5a) und
einer Riemenlänge,
wenn die Rippen 4, 4 der Rückflächeseite an der inneren Umfangsseite
des Riemens (siehe 5b) ausgerichtet sind, auf 2
mm oder weniger eingestellt. Weiterhin wird ein Unterschied |hc1-hc2|
zwischen einem Abstand hc1 von der Mitte der Korde 2 zu
dem oberen Ende von jeder Rippe 3, 3 der Bodenflächeseite
und einem Abstand hc2 von der Mitte der Korde 2 zu dem
oberen Ende von jeder der entsprechenden Rippen 4, 4 der
Rückflächeseite
auf im Mittel 0.3 mm oder weniger über den gesamten Umfang des
Riemens eingestellt.
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Wie
im Detail und mit einer vergrößerten Abmessung
in 2 dargestellt ist, wird weiterhin die Oberseite
jeder der Rippen 3, 3 der Bodenfächeseite
und der Rippen 4, 4 der Rückflächeseite mit einer planaren Oberseitefläche 6 entlang
der Riemenbreite versehen (in der Richtung der Anordnung der Korde 2)
und mit einem Paar von rechten und linken Ecken 8, 8,
bei denen das eine Ende sich zu einem linken oder rechten Ende der
Oberseitenfläche 6 und
sich das andere Ende bis hin zu einer Rippenseitefläche 7 fortsetzt.
Die beiden Ecken 8, 8 sind mit betreffenden gekrümmten Bereichen
ausgebildet, die zwei unterschiedliche Krümmungsmittelpunkte O, O aufweisen,
die bilateral in Bezug auf die vertikale Mittellinie L der Rippen 3, 4 positioniert
sind.
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Die
beiden Ecken 8, 8 haben zusätzlich gleiche Krümmungsradien
R, R. Und wenn die Höhe
der Rippe 3, 4 mit hr (= hr1 oder hr2) angegeben
wird, dann wird der Krümmungsradius
R auf den Bereich von 0.17 hr ≦ R < 0.5 hr oder auf
den Bereich von 0.14 p ≦ R < 0.35 p eingestellt.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zur Herstellung eines Keilrippenriemens B beschrieben.
Wie es in 3 gezeigt ist, wird ein Flachriemen
B', bei dem die
Korde 2 mit einer generell schraubenförmigen Anordnung eingebettet
ist, um eine Reihe entlang der Riemenbreite zu bilden, vorbereitet,
und dieser Flachriemen B' wird zwischen
einem Paar von Messriemenscheiben 11, 12 herumgewickelt,
von denen jede aus einer flachen Riemenscheibe mit einem Außendurchmesser
K gebildet ist, um eine Berührung
an der Bodenfläche
des Riemens B' mit
den Messriemenscheiben 11, 12 zu erhalten. In
diesem Zustand wird eine Messlast W an der einen der beiden Messriemenscheiben
angelegt, bsp. an der rechten Riemenscheibe 11 in 3,
in einer Richtung weg von der anderen Messriemenscheibe 12,
und es wird ein Mittenabstand CD1 zwischen den beiden Messriemenscheiben 11, 12 gemessen.
Auf der Basis des Mittenabstandes CD1 wird eine Innenlänge L1 der
Bodenflächeseite
des Riemens, wenn die Bodenfläche
des Keilrippenriemens B an deren innerer Umfangsseite ausgerichtet
wird, mit L1 = (2 × CD1
+ Kπ)/α gemessen
(vergleiche dazu die vorbeschriebene Formel ➂, wobei α der Verlängerungskoeffizient
des Flachriemens B' unter
der Messlast W ist.
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Anschließend wird
der Flachriemen B' von
innen nach außen
gewendet, sodass seine Rückseitefläche zu der
inneren Umfangsseite (die Bodenfläche zu der äußeren Umfangsseite) gewechselt
wird, und in diesem umgekehrten Zustand wird der Flachriemen B' zwischen den gleichen
Messriemenscheiben 11, 12 herumgewickelt, um eine
Berührung
an seiner Rückseitefläche mit
den Messriemenscheiben 11, 12 zu erhalten. Und
in der gleichen Art wie vorbeschrieben wird ein Mittenabstand CD2
zwischen den Messriemenscheiben 11, 12 mit einer
Messlast W gemessen, die an die Messriemenscheibe 11 angelegt
wird. Auf der Basis des gemessenen Mittenabstandes CD2 wird dann
die Innenlänge 12 der
Rückflächeseite
des Riemens gemessen, wenn die Rückseitefläche des
Keilrippenriemens B an der inneren Umfangsseite ausgerichtet ist,
angegeben mit L2 = (2 × CD2
+ Kπ)/α (vergleiche
dazu die vorbeschriebene Formel).
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Wie
es in 4a gezeigt ist, wird danach
die Bodenseitefläche
des Flachriemens B',
die jetzt an der äußeren Umfangsseite
orientiert ist, mit einem Schleifstein 13 abgeschliffen,
da sie in den umgekehrten Zustand gebracht ist. Die Schleifarbeit
wird solange ausgeführt,
bis eine Dicke d1 des Riemens nach dem Abschleifen den Wert hr + δc + C/2 +
H/2 + (L1 – L2)/(2π) erreicht
(siehe die vorbeschriebene Formel ➀), d.h. wenn die Mittenabstände CD1
und CD2 benutzt werden, dann wird die Formel hr + δc + C/2 +
H/2 + (CD1 – CD2)/(πα) angewandt,
bei welcher c eine eingestellte Dicke von dem einen Ende der Korde 2 neben
der Rippe 3, 4 zu dem Boden der Rippe 3, 4 ist.
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Wie
es in 4b gezeigt ist, wird danach
der abgeschliffene Flachriemen B' von
dem umgekehrten Zustand zurück
in den Originalzustand gewendet, und seine Rückseitefläche ist dann an der äußeren Umfangsseite
orientiert und wird in der gleichen Art und Weise mit einem Schleifstein 13 abgeschliffen.
Die Schleifarbeit wird solange durchgeführt, bis eine Dicke d2 des
Riemens nach dem Abschleifen den Wert (hr + δc + C/2) × 2 erreicht (siehe dazu die
vorbeschriebene Formel ➁.
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Wie
oben beschrieben wird der Unterschied zwischen der Riemenlänge auf
der Bodenflächeseite, wenn
die Rippen 3, 3 der Bodenflächeseite des Keilrippenriemens
B an der inneren Umfangsseite des Riemens ausgerichtet sind, und
der Riemenlänge
der Rückflächeseite,
wenn die Rippen 4, 4 der Rückflächeseite an dessen innerer
Umfangsseite ausgerichtet sind, auf 2 mm oder weniger eingestellt.
Der Unterschied |hc1 – hc2|
zwischen dem Abstand hc1 von der Mitte der Korde 2 zu dem
oberen Ende von jeder der Rippen 3, 3 der Bodenflächeseite
und dem Abstand hc2 von der Mitte der Korde 2 zu dem oberen
Ende von jeder der entsprechenden Rippen 4, 4 der
Rückflächeseite
wird im Mittel auf 0.3 mm oder weniger über den gesamten Umfang des
Riemens B eingestellt. Aus diesen Gründen kann die Mitte der Korde 2 im
wesentlichen in der Mitte der Riemendicke positioniert werden. Die
Position der Korde 2 ist daher in der normalen Position
und auch in der umgekehrten Position des Riemens identisch in dem
Zustand, dass der Riemen B zwischen den mit Keilnuten versehenen
Riemenscheiben herumgewickelt ist. Als Ergebnis davon ist der Unterschied
zwischen einem effektiven Riemenscheibendurchmesser DC1, wenn die
Rippen 3 der Bodenflächeseite
des Keilrippenriemens B an dessen innerer Umfangsseite ausgerichtet
sind, und einem effektiven Riemenscheibendurchmesser DC2, wenn die
Rippen 4 der Rückflächenseite
des Riemens an dessen innerer Umfangsseite ausgerichtet sind, klein.
Dies unterdrückt
ein Abweichen des Drehzahlverhältnisses
zwischen den Riemenscheiben mit den effektiven Durchmessern in jeder
der Positionen des Riemens von dem Drehzahlverhältnis zwischen den Riemenscheiben
mit dem Entwurfdurchmesser D.
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Weiterhin
werden nun die rechten und linken Ecken 8, 8,
die zu beiden Seiten der ebenen Oberseitenfläche 6 von jeder der
Rippen 3, 4 des Riemens B angeordnet sind, mit
betreffenden gekrümmten
Bereichen ausgebildet, die unterschiedliche Krümmungsmittelpunkte O, O haben,
welche bilateral in Bezug auf die Mittellinie der Rippen 3, 4 positioniert
sind, und der Krümmungsradius
R jeder der Ecken 8, 8 wird auf den Bereich von
0.17 hr ≦ R < 0.5 hr oder auf
den Bereich von 0.14 p ≦ R < 0.35 p eingestellt.
Wenn sich daher der Riemen B in einer gebogenen Position befindet,
dann kann wirksam verhindert werden, dass eine Spannung auf die Ecken 8, 8 jeder
Rippe 3 oder 4 konzentriert wird, die am Außenumfang
des Riemens angeordnet ist. Dadurch wird das risssichere Verhalten
des Riemens B in seiner gebogenen Position verbessert und konstant
gehalten, wodurch die Lebensdauer des Riemens B verlängert wird.
Zusätzlich
können
große
Bereiche der Rippenseitenflächen 7, 7 in
Berührung
mit der Riemenscheibennut gehalten werden, wenn der Riemen in die
Riemenscheibennut eingepasst ist. Dadurch wird ein verbessertes
Verhalten des Riemens B bei der Kraftübersetzung erhalten.
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Wenn
der Keilrippenriemen B durch ein Schleifen des Flachriemens B' hergestellt wird,
dann wird weiterhin die Bodenfläche
des Flachriemens B' zuerst
abgeschliffen, bis die Dicke d1 des Riemens nach dem Abschleifen
den Wert hr + δc
+ C/2 + H/2 + (L1 – L2)/(2π) erreicht,
und die Rückseitefläche des
abgeschliffenen Flachriemens B' wird
dann abgeschliffen, bis die Dicke d2 des Riemens nach dem Abschleifen
den Wert (hr + δc
+ C/2) × 2
erreicht. Die beiden Boden- und Rückseiteflächen des Flachriemens B' können daher
so abgeschliffen werden, dass die Korde 2 im wesentlichen
in der Mitte der Dicke des Keilrippenriemens B positioniert ist,
selbst wenn die Position der in den Flachriemen B' eingebetteten Korde 2 unbekannt
ist. Der Keilrippenriemen B, bei dem eine Korde 2 im wesentlichen
in der Mitte der Riemendicke positioniert ist, kann daher prompt erhalten
werden.
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In
diesem Fall wird die Innenlänge
L1 der Bodenflächeseite
des Riemens dadurch erhalten, dass der Flachriemen B' jetzt noch abgeschliffen
werden muss, wobei er zwischen dem Paar von Messriemenscheiben 11, 12,
die einen gleichen Durchmesser haben, herumgewickelt ist, um eine
Berührung
an seiner Bodenfläche mit
den Messriemenscheiben 11, 12 zu erhalten, und
die Länge
L2 der Rückflächeseite
des Riemens wird erhalten, wenn dafür der Flachriemen B' zwischen den Messriemenscheiben 11, 12 herumgeführt wird,
um damit eine Berührung
an seiner Rückflächeseite
mit den Messriemenscheiben 11, 12 zu erhalten.
Diese Innenlänge L1
und L2 des Riemens können
also prompt erhalten werden.
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Als
nächstes
werden praktische Ausführungsformen
näher beschrieben.
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(Untersuchung 1)
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Für den Keilrippenriemen
mit der Struktur der vorbeschriebenen Ausführungsform wurden verschiedene
Riemenproben in solcher Art und Weise hergestellt, dass der Abstand
hc1 von der Mitte der Korde zu dem oberen Ende der Rippe der Bodenflächeseite
und der Abstand hc2 von der Mitte der Korde zu dem oberen Ende der
Rippe der Rückseitefläche geändert wurden.
Jeder der Abstände
hc1 und hc2 ist ein Mittelwert über den
gesamten Umfang des Riemens. Es wurden dann auf einer zweidimensionalen
X-Y Koordinatenbasis Keilrippenriemen mit einem Außendurchmesser
von 120 mm an Positionen angeordnet, die durch die Koordinaten (0,0)
und (0,300) vermittelt wurden, es wurde ein Keilrippenriemen mit
einem Außendurchmesser
von 55 mm an einer Position mit den Koordinaten (200, 150) angeordnet
und es wurde ein Keilrippenriemen mit einem Außendurchmesser von 75 mm an
einer Position mit den Koordinaten (50, 150) angeordnet (wobei Millimeter
die Einheit jeder Koordinate ist). Jede der vorbeschriebenen Riemenproben
wurde um diese Riemenscheiben in jeder der normalen und umgekehrten
Positionen herumgewickelt, und es wurde ein Unterschied zwischen
den Längen
(an der Position der Korde) der Riemenprobe gemessen, die in den
beiden Positionen jeweils herumgewickelt worden war. Die
5a und
5b zeigen
die Zustände
des Riemens, der um eine Riemenscheibe in den normalen und umgekehrten
Positionen herumgewickelt wurde. Es wird angemerkt, dass gleiche
Teile wie in
1 unter Verwendung von gleichen
Bezugsziffern beschrieben werden. Die Ergebnisse der Untersuchung
sind in der Tabelle 1 und in
6 gezeigt.
| hc1 | hc2 | Unterschied bei
hc | Riemenlänge in der
normalen Position | Riemenlänge in der
umgekehrten Position | Unterschied der
Riemenlänge |
| 2.95 | 3.95 | 1.00 | 1279.22 | 1272.93 | 6.28 |
| 3.05 | 3.85 | 0.80 | 1278.59 | 1273.56 | 5.03 |
| 3.15 | 3.75 | 0.60 | 1277.96 | 1274.19 | 3.77 |
| 3.25 | 3.65 | 0.40 | 1277.33 | 11274.82 | 2.51 |
| 3.35 | 3.55 | 0.20 | 1276.70 | 1275.45 | 1.26 |
| 3.45 | 3.45 | 0.00 | 1276.08 | 1276.08 | 0.00 |
| | (Einheit:
mm) |
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Wie
aus der Tabelle 1 und 6 ersichtlich ist, ist der Unterschied
der Riemenlänge
zwischen den normalen und umgekehrten Positionen größer als
der Unterschied |hc1 – hc2|
zwischen dem Abstand hc1 von der Mitte der Korde zu dem oberen Ende
der Rippe der Bodenflächeseite
und der Abstand hc2 von der Mitte der Korde zu dem oberen Ende der
Rippe der Rückflächeseite
wird vergrößert. Es
ist daraus auch ersichtlich, dass der entsprechende Unterschied
der Riemenlänge
etwa 2 mm beträgt,
wenn der Unterschied |hc1 – hc2| 0.3
mm beträgt.
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(Untersuchung 2)
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Wie
bei der Untersuchung 1 werden verschiedene Riemenproben in einer
solchen Art und Weise vorbereitet, dass der Abstand hc1 von der
Mitte der Korde zu dem oberen Ende der Rippe auf der Bodenflächeseite
und der Abstand hc2 von der Mitte der Korde zu dem oberen Ende der
Rippe auf der Rückflächeseite jeweils
geändert
wurden. Jede dieser Proben wurde zwischen antreibenden und angetriebenen
Riemenscheiben herumgewickelt, die gleichen Außendurchmesser von 100 mm in
jeder der normalen und umgekehrten Positionen hatten, und die Rate
der Abweichung des Drehzahlverhältnisses
mit der umgekehrten Position von derjenigen in der normalen Position
wurde bestimmt. Die gleiche Untersuchung wurde auch ausgeführt in dem Zustand,
dass die antreibenden und angetriebenen Riemenscheiben einen gleichen
Durchmesser hatten. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in
der Tabelle 2 und in 7 gezeigt.
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Wie
aus der Tabelle 2 und 7 ersichtlich ist, ist die Diskrepanz
bei dem Drehzahlverhältnis
zwischen dem normalen und umgekehrten Positionen größer als
der Unterschied |hc1 – hc2|
zwischen dem Abstand hc von der Mitte der Korde zu dem oberen Ende
der Rippe der Bodenflächeseite
und der Abstand hc2 von der Mitte der Korde zu dem oberen Ende der
Rippe der Rückflächeseite
wird vergrößert.
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(Untersuchung 3)
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Wie
bei den Untersuchungen 1 und 2 wurden verschiedene Riemenproben
in der Art und Weise vorbereitet, dass der Abstand hc1 von der Mitte
der Korde zu dem oberen Ende der Rippe der Bodenflächeseite und
der Abstand hc2 von der Mitte der Korde zu dem oberen Ende der Rippe
der Rückflächeseite
jeweils geändert
wurden. Jede dieser Proben wurde um die Riemenscheiben einer Hilfsantriebsvorrichtung
für eine
Maschine sowohl in einer normalen Position (einem normal ausgerichteten
Riemenantrieb) als auch in einer umgekehrten Position (einem umgekehrt
ausgerichteten Riemenantrieb) herumgewickelt, und es wurde eine Änderung
des Drehzahlverhältnisses
zwischen den beiden Positionen und ein damit verknüpfter Wechsel
des Betrages der Kraft untersucht, die durch einen Wechselstromgenerator
(nicht gezeigt) als eine Hilfskraftmaschine erzeugt wurde. Die Ergebnisse
dieser Untersuchung sind in der Tabelle 3 gezeigt. Es muss angemerkt
werden, dass die Hilfsantriebsvorrichtung wie gezeigt in der 8 derart
angeordnet ist, dass vier Leerlaufriemenscheiben 22 bis 25 zwischen
einer Antriebsriemenscheibe 20 mit einem Außendurchmesser
von 150 mm und einer angetriebenen Riemenscheibe 21 mit
einem Außendurchmesser
von 55 mm angeordnet sind, wobei bsp. die eine Riemenscheibe 22 straffe
seitliche Spannweiten und die anderen schlaffe seitliche Spannweiten
bilden. Die Antriebsriemenscheibe 20 ist antriebsmäßig verbunden
mit einer Kurbelwelle der nicht gezeigten Maschine, um als eine
Kurbelriemenscheibe zu dienen, während
die angetriebene Riemenscheibe 21 antriebsmäßig verbunden
ist mit dem Wechselstromgenerator, um als eine Wechselstromgenerator-Riemenscheibe
zu dienen. Der Riemen B ist in einem „normal gebogenen Zustand" um die Antriebsriemenscheibe 20 und
die Leerlaufriemenscheiben 22 bis 24 herumgewickelt,
während
er mit einem „umgekehrt
gebogenen Zustand" um
die verbleibende angetriebene Riemenscheibe 21 und die
Leerlaufriemenscheibe 25 herumgewickelt ist.
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Wie
aus der Tabelle 3 ersichtlich ist, kann, wenn der Unterschied |hc1 – hc2| zwischen
dem Abstand hc1 von der Mitte der Korde zu dem oberen Ende der Rippe
der Bodenflächeseite
und dem Abstand hc2 von der Mitte der Korde zu dem oberen Ende der
Rippe der Rückflächeseite
0.3 mm oder weniger beträgt,
der durch den Wechselstromgenerator erzeugte Betrag der Kraft bei
45 Ampere oder mehr stabil gehalten werden selbst dann, wenn der
Riemen B in der normalen Position (der normal ausgerichtete Riementrieb)
oder in der umgekehrten Position (der umgekehrt ausgerichtete Riementrieb)
zum Laufen gebracht ist, sodass ein Unterschied von 0.3 mm oder
weniger zwischen den Abständen
hc1 und hc2 einen passenden Bereich für das Positionieren der Korde
im wesentlichen in der Mitte der Riemendicke ergibt.
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(Untersuchung 4)
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Als
ein praktisches Ausführungsbeispiel
wurde eine Probe eines Keilrippenriemens hergestellt, bei welchem
dessen Rippenoberseite aus einer oberen planaren Fläche und
einem Paar von rechten und linken Ecken an den beiden Seiten der
oberen Fläche
ausgebildet war, wie beschrieben bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Riemen waren drei Rippen 3 auf der Bodenflächeseite
und drei Rippen 4 auf der Rückseitefläche vorhanden, und die Ganghöhe p der
Rippen 3, 4 auf jeder Seite betrug 3.56 mm. Weiterhin betrug
die Höhe
hr (hr1 oder hr2) jeder Rippe 3, 4 2.5 mm, der
Winkel jeder Rippe 3, 4 betrug 40°, die Riemenlänge war
900 mm und die Riemendicke H war 4.8 mm.
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Die
vorstehende Probe eines Keilrippenriemens wurde um ein Paar von
Keilnuten-Riemenscheiben mit 120 mm Durchmesser in einer vertikalen
Anordnung herumgewickelt und wurde in einen „umgekehrt gebogenen Zustand" gebracht, bei welchem
die schlaffe Seite der Rückfläche durch
eine Spannriemenscheibe mit einem Durchmesser von 60 mm angeschoben
wurde. In diesem Zustand wurde der Riemen stehen gelassen in einer
Niedrigtempertur-Atmosphäre
von –35°C über 24 Stunden,
wobei eine Last von 298 N an die untere, mit Keilnuten versehene
Riemenscheibe in einer Ausrichtung nach unten angelegt wurde (in
einer Richtung zur Erhöhung
der Riemenspannung). Als nächstes
wurde mit einer Einstellung für
eine Periode einer Taktdauer, während
welcher die obere Riemenscheibe über
5 Minuten bei 2.000 U/min in Umdrehung gesetzt und dann anschließend über 25 Minuten
angehalten wurde, die Anzahl der für den Riemen angenommenen Zyklen gemessen,
um einen Riss in der Rippe zu erzeugen.
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Diese
Untersuchung wurde unter den vorstehenden Bedingungen wiederholt,
während
das Verhältnis des
Krümmungsradius
R der Ecke an der Oberseite der Rippe zu der Rippenhöhe hr geändert wurde,
sodass dabei die in 9 gezeigten Ergebnisse erhalten
wurden. Auch die Schlupfraten des Riemens unter diesen Bedingungen
sind mit einer gestrichelten Linie in 9 gezeigt.
Wie aus 9 ersichtlich ist, ist die Anzahl der
für den
Riemen abgenommenen Zyklen zur Erzeugung eines Risses ein Maximum,
wenn das Verhältnis des
Krümmungsradium
R der Ecke zu der Rippenhöhe
hr die Bedingung 0.17 hr ≦ R < 0.5 hr erfüllt, d.h.
die bis zum Erscheinen eines Risses vergangene Zeit ist dann verlängert. Gleichzeitig
beträgt
die Schlupfrate 2 % oder weniger, womit ein Referenzwert angenähert wird.
Ein Riemenschlupf tritt somit kaum in Erscheinung, und ein verbessertes
Verhalten der Kraftübertragung
des Riemens kann zugesichert werden.
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Die
vorstehende Untersuchung wurde unter den gleichen Bedingungen wiederholt,
während
das Verhältnis
des Krümmungsradius
R der Ecke an der Oberseite der Rip pe zu der Ganghöhe p der
Rippe geändert wurde,
wodurch die in 10 gezeigten Ergebnisse erhalten
wurden. Es wurde durch die Ergebnisse gefunden, dass wenn das Verhältnis des
Krümmungsradius
R der Ecke zu der Ganghöhe
p der Rippe die Beziehung 0.14 p ≦ R < 0.35 p erfüllt, die
Anzahl der Zyklen, die für
den Riemen vorgegeben wurden, um einen Riss zu erzeugen, zu einem
Maximum wird, d.h. die für
das Erscheinen eines Risses verstrichene Zeit wird verlängert, wodurch
das risssichere Verhalten verbessert wird.
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Wie
aus dem Vorstehenden verstanden werden kann, wird eine Verbesserung
des risssicheren Verhaltens der Rippe in dem „umgekehrten Biegezustand" des Riemens erhalten,
wenn die Bedingung 0.17 hr ≦ R < 0.5 hr oder die
Bedingung 0.14 p R < 0.35
eingehalten wird, und verbessert wird auch das Verhalten der Kraftübertragung
des Riemens, was aus der Zusicherung einer großen Arbeitsflanke der Rippe
resultiert, kann dabei gemeinsam erreicht werden.
