DE60101218T2

DE60101218T2 - Keilriemensystem

Info

Publication number: DE60101218T2
Application number: DE60101218T
Authority: DE
Inventors: Arthur Irongray CLARKE
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: ES2211774T3; GB2359606A; CZ20023170A3; DE60101218D1; HK1050041A1; PL360123A1; CZ299853B6; GB0004169D0; AU2001235760B2; CN1183338C; MXPA02008055A; KR20020093816A; AU3576001A; CA2400942A1; BR0108567A; EP1264121A1; JP2003524130A; CA2400942C; PL202370B1; CN1420971A

Description

Die Erfindung betrifft ein Synchron-Keilriemensystem.
Eine Kraftübertragung über einen Riemenantrieb erfolgt generell mit einem oder zwei Riementypen. Es handelt sich dabei generell entweder um einen Synchronriemen oder um einen Keilriemen. Synchronriemen weisen Riemen mit Zähnen oder Nasen auf einer an einer Riemenscheibe angreifenden Fläche auf. Die Zähne oder Nasen greifen an einer gezahnten Riemenscheibe an. Synchronriemen greifen formschlüssig an der Riemenscheibe an, um die sie laufen, wodurch eine Übertragung mit hohem Drehmoment ermöglicht wird.
Keilriemen weisen einen Riemen auf, dessen Seiten unter einem vorbestimmten Winkel schräg verlaufen. Die Seiten des Riemens laufen in einer einzelnen Nut in einer mit einer V-Nut versehenen Riemenscheibe. Keilriemen arbeiten bei niedrigeren Drehmomenten, können jedoch ruhiger laufen als der Synchronriemen. Manche Keilriemen rutschen durch, wenn sie Lastbedingungen ausgesetzt sind, wenn die aufgebrachte Last die Kraftübertragungsleistung der Riemenscheibe mit dem kleinsten Durchmesser oder dem umschlungenen Umfang übersteigt. Folglich wird die Übertragungsleistung oder die Drehmomentleistung von dem Durchmesser der kleinsten Riemenscheibe in dem System bestimmt und begrenzt. Bei Antrieben mit einem großen Verhältnis stellt dies eine besondere Einschränkung dar, da der verkleinerte Winkel der Umschlingung um die kleinste Riemenscheibe die Antriebskraft und Drehmomentleistung beträchtlich reduziert.
Obwohl Synchronantriebe eine Reihe von Mängeln eliminieren, die bei Keilriemenantrieben auftreten, treten hier andere negative Faktoren in Erscheinung. Diese umfassen den Bedarf an teueren gezahnten Riemenscheiben mit Seitenflanschen. Diese sind besonders problematisch, wenn große Riemen scheiben verwendet werden, da die Herstellung der großen Riemenscheiben teuer ist. Ferner werden aufgrund des formschlüssigen Angreifens des Synchronriemens/-antriebs sämtliche Start- und Stoßlasten durch das System übertragen, wodurch Bauteile überlastet werden können. Dies macht wiederum schwerere Bauteile erforderlich. Synchronriemen können ferner besonders bei hohen Geschwindigkeiten größere Geräuschpegel erzeugen als Keilriemenantriebe.
Bei auf Riemenscheiben mit kleinem Durchmesser laufenden Keilreimen muss die Riemenspannung auf einem hohen Niveau gehalten werden, um die Schlupfneigung zu reduzieren, wobei ebenfalls eine hohe Belastung von Lagern und Bauteilen erfolgt. Bei einem Keilriemen, der einen begrenzten Schlupf beim Start und bei Lastwechseln ermöglicht, wird die Amplitude kurzzeitiger Spitzenlasten reduziert.
Das US-Patent Nr. 4,332,576 von Stecklein et al ist repräsentativ für den Stand der Technik und beschreibt einen aus einem einzelnen Strang oder mehreren Strängen geformten, mit Kerben versehenen Keilriemen. Die Kerben sind im wesentlichen sinusförmig ausgebildet, um Biegebelastungen zu verteilen und zu minimieren. Die Riemen sind zur Kontrolle von Rissbildung teilweise mit einem Gewebe entlang einer Außenfläche eines Kompressionsabschnitts versehen. Das Führen des Riemens um eine gezahnte Transportrolle ist nicht beschrieben.
Ebenfalls repräsentativ für den Stand der Technik ist das US-Patent Nr. 4,657,526 von Tangorra et al, in dem ein Keilriemen mit in speziellen Richtungen ausgerichteten Schichten und Fasern und mit mehreren zu einer Längsrichtung querverlaufenden Kerben oder Zähnen beschrieben ist. Die Erfindung ist nur zur Verwendung mit einer eine einzelne V-Nut aufweisenden Riemenscheibe und nicht zur Verwendung mit einer Synchron-Riemenscheibe oder gezahnten Riemenscheibe vorgesehen.
Bei der beim Stand der Technik beschriebenen Form von Riemen "zähnen" handelt es sich um Belastungsreduzierer in einem Kompressionsteil des Riemens, d. h. um Kerben. Sie ermöglichen es, den Riemen in dem Kompressionsabschnitt mit reduzierter Last um eine Riemenscheibe herumzuführen. Dies steht im Gegensatz zu den Riemenkerben, die dazu vorgesehen sind, zwecks Kraftübertragung mit der Synchron-Riemenscheibe zu kämmen. Beim Stand der Technik weist ein Riemen kein mit einem Keilriemenprofil synchrones Profil zur Kraftübertragung auf.
Benötigt wird ein Synchron-Keilriemen mit einer an der Riemenscheibe angreifenden gezahnten Fläche, die mit einer gezahnten Riemenscheibenfläche kämmt und vollständig von einer Deckschicht abgedeckt ist. Ferner wird ein Synchron-Keilriemen mit an der Riemenscheibe angreifenden gegenüberliegenden abgeschrägten Seitenflächen zum Angreifen an einer mit einer V-Nut versehenen Riemenscheibe benötigt. Die vorliegende Erfindung trägt diesem Bedarf Rechnung.
Endungsgemäß ist ein Synchron-Keilriemen-Kraftübertragungssystem vorgesehen, das aufweist:
ein Endloselement mit einer an einer Riemenscheibe angreifenden Fläche und einander gegenüberliegenden Schrägseiten und mindestens einem Zugelement, das entlang einer Hauptachse des Endloselements verläuft;
wobei die an der Riemenscheibe angreifende Fläche ein gezahntes Profil zum Angreifen an einer gezahnten Riemenscheibe aufweist;
wobei die einander gegenüberliegenden Schrägseiten einen eingeschlossenen Winkel α zum Eingreifen in eine in einer Keilriemenscheibe ausgebildete Nut beschreiben;
einer Keilriemenscheibe mit einer Nut und einem ersten Durchmesser;
einer gezahnten Riemenscheibe mit einem zweiten Durchmesser;
wobei der erste Durchmesser größer ist als der zweite Durchmesser;
wobei die an der Riemenscheibe angreifende Fläche und die einander gegen überliegenden Schrägseiten auf derselben Seite des Endloselements angeordnet sind; und wobei dieselbe Seite des Endloselements in antreibendem Eingriff mit der in der Keilriemenscheibe ausgebildeten Nut und der gezahnten Riemenscheibe steht, wobei das Endloselement eine vorbestimmte Spannung hat, so dass bei einem Lastwechsel ein momentaner Schlupf zwischen den einander gegenüberliegenden Schrägseiten und der in der Keilriemenscheibe ausgebildeten Nut auftritt.
Die Deckschicht erhöht die Lebensdauer des Riemens und dient zur Geräuschreduzierung. Die einander gegenüberliegenden Seiten können geschnitten, geschliffen oder geformt sein. Beim Start rutscht der Keilriemen in der mit einer V-Nut versehenen Riemenscheibe leicht durch, wodurch der bei Start im System auftretende anfängliche Stoß reduziert wird. Daher wird die Kraftübertragung von der Größe und dem Umschlingungswinkel der größeren Keilriemenscheibe begrenzt. Die Synchron-Antriebsscheibe bildet eine formschlüssige mechanische Riemen-Grenzfläche, die in Abhängigkeit von den Auslegungsparametern des Systems das Übertragen eines um bis zu 30% größeren Drehmoments durch das endungsgemäße System bei gleichzeitiger Reduzierung des Betriebsgeräuschs ermöglicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Synchron-Keilriemensystems wird jetzt anhand der beiliegenden Zeichnung beispielhaft erläutert, bei der es sich um eine perspektivische Ansicht handelt, bei der ein Teil weggeschnitten ist.
Die Zeichnung zeigt ein Endloselement oder einen Endlosriemen 10, der zwischen einer gezahnten Synchron-Riemenscheibe 16 und einer Keilriemenscheibe 17 verläuft. Die gezahnte Synchron-Riemenscheibe 16 und die Keilriemenscheibe 17 sind je nach Kundenwunsch mit (nicht gezeigten) sich drehenden Wellen verbunden. Der Riemen 10 weist einen oberen Riemenabschnitt 11 und einen unteren Riemenabschnitt 19 auf. Der obere Riemenabschnitt 11 und der untere Riemenabschnitt 19 können jeweils ein auf dem Gebiet der Synchron- oder Keilriemen bekanntes beliebiges Material aufweisen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Elastomer- oder Urethanmaterialien. Der Riemen 10 weist ferner Zugelemente 15 auf. Die Zugelemente 15 sind parallel zu einer Hauptachse A des Riemens angeordnet. Die Zugelemente 15 können ein auf dem Gebiet der Synchron- oder Keilriemen bekanntes beliebiges Material aufweisen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Glasfasern, Aramid, Nylon, Polyester oder PBO. Die Zugelemente können verdrillt oder geflochten sein.
Das Elastomermaterial kann ferner (nicht gezeigte) kurze Fasern aufweisen, die von Seiten 12, 13 vorstehen. Die kurzen Fasern reduzieren das Betriebsgeräusch des Riemens. Die Fasern haben eine Länge von 0,5–6 mm und einen Durchmesser von 0+ bis 18 μm. Die Fasern sind auf dem Sachgebiet bekannte Fasern, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, organische Fasern, anorganische Fasern, Baumwolle, Zellstoff, Aramid, KEVLAR^TM und PBO.
Zähne 14 sind querverlaufend auf dem unteren Riemenabschnitt 19 angeordnet. Die Zähne sind zum Kämmen mit der gezahnten Fläche 23 der Synchron-Riemenscheibe 16 vorgesehen. Die Nuten zwischen den Zähnen der Riemenscheibe 16 können eine Konjugierte der Zähnen sein, wie auf dem Sachgebiet bekannt ist. Das Zahnprofil des Riemens kann ferner ein auf dem Gebiet der Synchronriemen bekanntes Zahnprofil sein, einschließlich bogenförmiger und trapezförmiger Ausbildungen. Der Zahnabstand oder die Zahnteilung ρ wird vom Benutzer bestimmt, kann jedoch beispielsweise im Bereich von 3 mm bis 14 mm und unterliegt keinen Einschränkungen. Andere Teilungen sind entsprechend den Auslegungsanforderungen eines Benutzers akzeptabel.
Der untere Riemenabschnitt 19 kann eine Deckschicht 22 aufweisen. Die Deckschicht kann Nylon, Web- oder Vliesmaterialien aufweisen, wie auf dem Sachgebiet bekannt, ist jedoch nicht auf diese Materialien beschränkt. Die Deckschicht 22 dient der Geräuschreduzierung und erhöht die Lebensdauer des Riemens. Die Deckschicht 22 bedeckt die gesamte Außenfläche des unteren Riemenabschnitts 19, die mit einer Synchron-Riemenscheibe 16 in Berührung kommt, wobei die Deckschicht 22 zwischen den Seiten 12, 13 verläuft.
Die Riemenscheibe 17 ist eine auf dem Sachgebiet bekannte Keilriemenscheibe oder eine eine V-Nut aufweisende Riemenscheibe. Sie weist einen Riemennutenwinkel auf, der mit den Riemenseitenwinkel α zusammenwirkt. Die einander gegenüberliegenden Riemenseiten 12 und 13 bilden den eingeschlossenen Riemenseitenwinkel α. Der Riemennutenwinkel kann dem eingeschlossenen Riemenseitenwinkel α gleich sein oder kann bis zu 12° kleiner sein als der eingeschlossene Winkel α. Der Riemen wird geschnitten, geschliffen oder geformt, um die einander gegenüberliegenden Seiten 12, 13 und den eingeschlossenen Winkel α zu bilden. Das Schneiden, Schleifen oder Formen führt ferner dazu, dass die Seiten einen Reibungskoeffizienten aufweisen, der für den vorgesehenen Betrieb geeignet ist, wie auf dem Gebiet der Keilriemen bekannt. Die Werte für α liegen im Bereich von 30° bis 60°. Folglich arbeitet der Riemen mit einer beliebigen handelsüblichen Keilriemenscheibe, wobei spezielle Ausführungsanforderungen eines Benutzers berücksichtigt werden.
Das Ersetzen der kleineren, eine V-Nut aufweisenden Riemenscheibe durch eine Synchron-Riemenscheibe erhöht die Kraftleistung des Systems gegenüber des eines reinen Keilriemenscheibensystems ohne das dazugehörige Erfordernis einer höheren installierten Riemenspannung. Die höhere Spannung eines Riemens führt zu einer Reduzierung seiner Lebensdauer. Ferner werden bei reinen Keilriemensystemen durch einen kleineren Umschlingungswinkel δ des Riemens um die kleinere Riemenscheibe bei Antriebssystemen mit hohen Geschwindigkeitsverhältnissen die Kraftübertragungscharakteristiken des Systems verringert. Folglich wird, da kein Schlupf auf der Synchron-Riemenscheibe auftritt, der Grenzwert für die Kraftübertragung bei dem erfindungsgemäßen Riemen durch die Größe und den Umschlingungswinkel um die größere Keilriemenscheibe bestimmt.
Beim Start werden Spitzen-Übergangslasten durch den Riemenschlupf und die Radialbewegung des Riemens auf der größeren, eine V-Nut aufweisenden Riemenscheibe verringert. Der relativ große Umschlingungswinkel β um die eine V-Nut aufweisende Riemenscheibe 17 gewährleistet, dass die Kraftübertragungsleistung mit der der kleineren Synchron-Riemenscheibe bei einer geringeren installierten Spannung kompatibel ist. Beim Start erfolgt der Riemenschlupf zwischen den einander gegenüberliegenden Seiten 12, 13 und denjenigen Seiten der Riemenscheibe 17, auf denen sich die V-Nut 18 befindet. Der Riemenschlupf tritt über eine kurze Distanz und Zeitdauer auf.
Obwohl hier eine einzige Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, ist es für Fachleute offensichtlich, dass Änderungen in der Konstruktion und der Beziehung von Teilen zueinander durchgeführt werden können, ohne dass dadurch vom Umfang der hier beschriebenen Erfindung abgewichen wird.

Claims

Synchron-Keilriemen-Kraftübertragungssystem mit: einem Endloselement (10) mit einer an einer Riemenscheibe angreifenden Fläche (14, 22) und einander gegenüberliegenden Schrägseiten (12, 13) und mindestens einem Zugelement (15), das entlang einer Hauptachse (A) des Endloselements (10) verläuft; wobei die an der Riemenscheibe angreifende Fläche (14, 22) ein gezahntes Profil zum Angreifen an einer gezahnten Riemenscheibe (16) aufweist; wobei die einander gegenüberliegenden Schrägseiten (12, 13) einen eingeschlossenen Winkel α zum Eingreifen in eine in einer Keilriemenscheibe ausgebildete Nut (18) beschreiben; einer Keilriemenscheibe (17) mit einer Nut (18) und einem ersten Durchmesser; einer gezahnten Riemenscheibe (16) mit einem zweiten Durchmesser; wobei der erste Durchmesser größer ist als der zweite Durchmesser; dadurch gekennzeichnet, dass die an der Riemenscheibe angreifende Fläche (14, 22) und die einander gegenüberliegenden Schrägseiten (12, 13) auf derselben Seite des Endloselements (10) angeordnet sind; und dass dieselbe Seite des Endloselements in antreibendem Eingriff mit der in der Keilriemenscheibe ausgebildeten Nut (18) und der gezahnten Riemenscheibe (16) steht, wobei das Endloselement (10) eine vorbestimmte Spannung hat, so dass bei einem Lastwechsel ein momentaner Schlupf zwischen den einander gegenüberliegenden Schrägseiten (12, 13) und der in der Keilriemenscheibe ausgebildeten Nut (18) auftritt.
System nach Anspruch 1, bei dem das Endloselement ein an der Riemenscheibe angreifendes Profil mit Zähnen (14) aufweist, die quer zu der Hauptachse (A) des Endloselements (10) angeordnet sind.
System nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einer Deckschicht (22) auf der an der Riemenscheibe angreifenden Fläche (14, 22).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit: Fasern, die von den einander gegenüberliegenden Schrägseiten (12, 13) vorstehen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Endloselement (10) einen Umschlingungswinkel β um die Keilriemenscheibe (17) aufweist; das Endloselement (10) einen Umschlingungswinkel δ um die gezahnte Riemenscheibe (16) aufweist; und β größer als δ ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem nur zwei Riemenscheiben (16 und 17) vorgesehen sind.