DE602004010870T2

DE602004010870T2 - Riemenantriebsscheibe und Riemenantriebssystem

Info

Publication number: DE602004010870T2
Application number: DE602004010870T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Myata; Shinichiro Nishikawa; Masashi Yoshimura
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2024-09-23
Also published as: EP1519077B8; TWI317403B; TW200512405A; US20050070388A1; CN100487275C; CN1601143A; US7419448B2; JP3680083B2; EP1519077B1; JP2005121205A; EP1519077A1; KR20050030557A; KR20130006392A; DE602004010870D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Antriebsriemenscheiben gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein entsprechendes Riemenantriebssystem.
(b) Beschreibung der verwandten Fachgebiete
Bei Antriebssystemen, die mit einem Flachriemen arbeiten, verursacht der Flachriemen beim Lauf oft ein Flattern und eine seitliche Ablenkung zu einer Seite der Scheibe hin. Dies liegt daran, daß ein Flachriemen, im Vergleich zu anderen Arten von Antriebsriemen, gegen Positionsänderungen von Antriebssystemkomponenten, wie zum Beispiel das Ausweichen einer Riemenscheibenwelle relativ zu ihrer normalen Position, ihre Abweichung aufgrund einer Änderung der darauf einwirkenden Last und Scheibenflattern, empfindlich ist. Wenn ein derartiges Riemenflattern oder eine seitliche Ablenkung auftritt, kann der Flachriemen mit einem Flansch der Flachriemenscheibe in Berührung kommen, was eine ausgefranste Seitenfläche des Flachriemens oder einen zerfaserten Cord zum Ergebnis hat.
Ein bekannter Ansatz bei diesem Problem ist, den Außenumfang einer Flachriemenscheibe gewölbt auszuführen (das heißt, sie als konvexe Fläche auszubilden). Es wurde auch eine Technik vorgeschlagen, die Wölbung auf dem Außenumfang einer Scheibe in Form einer Kugel um den Drehmittelpunkt der Scheibe herum auszubilden (siehe das ungeprüfte japanische Gebrauchsmuster mit der Veröffentlichungsnummer 59-45351 ). Diese vorgeschlagene Scheibe soll das durch die Zugspannung des Flachriemens auf die Scheibe wirkende Drehmoment nutzen, um eine Neigung (winkliges Ausweichen) der Scheibenwelle und eine seitliche Ablenkung des Flachriemens zu vermeiden.
Es ist auch eine Flachriemenscheibe bekannt, deren Außenumfang mit einer Vielzahl von entlang ihres Umfangs in regelmäßigen Abständen ausgebildeten Nuten versehen ist (siehe ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 6-307521 ). Jede Nut erweitert sich, um von der Mitte der Riemenscheibenbreite aus nach beiden Seiten symmetrisch eine V-Form zu bilden. Diese Nuten erzeugen zwischen dem Flachriemen und der Riemenscheibe eine Reibungskraft, die es dem Flachriemen erlaubt, annähernd in der Mitte der Riemenscheibenbreite zu laufen. Die Reibungskraft verhindert ein Flattern und eine seitliche Ablenkung des Riemens.
Es ist auch noch eine Technik bekannt, Leitrollen auf beiden Seiten eines Flachriemens anzubringen und dadurch die Laufposition des Flachriemens einzugrenzen (siehe ungeprüftes japanisches Gebrauchsmuster mit der Veröffentlichungsnummer 63-6520 ).
Der erstgenannte Ansatz einer gewölbten Ausführung der Scheibenrillenfläche weist jedoch das nachfolgend erörterte Problem auf. Wenn unter Berücksichtigung der Laufstabilität des Flachriemens (Verhindern von Flattern und seitlicher Ablenkung) für die Krümmung der Wölbung ein kleiner Wert gewählt wird, konzentriert sich die Spannung in der Mitte der Riemenbreite. Dies verhindert eine wirksame Nutzung der gesamten Riemenbreite zur Kraftübertragung und führt zu einer frühen Cordermüdung und verschlechterter Leistung bei der Kraftübertragung.
Die vorgenannte Technik des Ausbildens der Riemenscheibenwölbung als Kugel um den Drehmittelpunkt der Riemenscheibe weist, auch wenn sie die die seitliche Ablenkung eines Antriebsriemens verhindernde Wirkung verstärkt, unverändert das Problem auf, daß sich die Spannung durch die Riemenscheibenwölbung in der Mitte der Riemenbreite konzentriert.
Das oben beschriebene Versehen der Oberfläche der Flachriemenscheibe mit Nuten erhöht die Herstellungskosten der Flachriemenscheibe. Außerdem ist es schwierig, einfach durch Nuten das Flattern und die seitliche Ablenkung des Flachriemens sicher zu vermeiden.
Wenn der Ansatz des Eingrenzens der Laufposition des Flachriemens mittels der Anbringung von Leitrollen oder dergleichen zu seinen beiden Seiten verwendet wird, sind beide Seiten des Flachriemens ständig mit einem solchen Eingrenzungselement in Berührung. Dies führt dazu, daß die Seitenfläche des Riemens leicht ausfranst und der Cord leicht zerfasert. Dies schafft die Notwendigkeit, einen speziellen Prozeß auf den Flachriemen anzuwenden, um solche ungünstigen Auswirkungen zu verhindern, was hinsichtlich einer Verringerung der Herstellungskosten des Flachriemens ein Nachteil ist.
Aus den oben beschriebenen Gründen ist festzustellen, daß bei Flachriemenantriebssystemen, obwohl sie aufgrund der Riemenbiegung und eines viel höheren Wirkungsgrads der Kraftübertragung im Vergleich zu Systemen, bei denen andere Typen von Riemen, wie zum Beispiel, Keilriemen, Verwendung finden, weniger Verluste aufweisen, die Möglichkeiten nicht ausreichend ausgeschöpft werden.
Der am nächsten kommende Stand der Technik, das Dokument US-A-5 244 435 , offenbart eine zylindrische Riemenscheibe, welche die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 umfaßt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter Berücksichtigung des Vorgenannten bezweckt die vorliegende Erfindung die Ermöglichung einer gewissen Verhinderung des Flatterns und der seitlichen Ablenkung von Flachriemen oder anderen Antriebsriemen und damit wiederum die wirksame Nutzung von Riemenantriebssystemen für verschiedene Arten von Industriemaschinen und anderen Einrichtungen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die seitliche Ablenkung und das Flattern eines Antriebsriemens durch geeignetes Ändern der Lage einer Riemenscheibe unter Nutzung des Phänomens verhindert, daß sich der Lastschwerpunkt einer Riemenscheibenwelle bei einem Ausweichen des Antriebsriemens zu einer Seite der Riemenscheibe hin ändert.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung wird durch eine Antriebsriemenscheibe gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Insbesondere umfaßt eine Antriebsriemenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung folgendes: einen hohlen, zylindrischen Scheibenkörper, um den herum ein Antriebsriemen gewickelt werden soll; ein hohles, zylindrisches Wellenelement, das den Scheibenkörper drehbar trägt; und ein Trägerelement, das in das Wellenelement eingesetzt ist und das Wellenelement und den Scheibenkörper zur Kippbewegung um eine rechtwinklig zum Wellenelement verlaufende Schwenkachse trägt.
Außerdem ist die Schwenkachse, entlang der axialen Richtung der Riemenscheibe gesehen, in Drehrichtung des Scheibenkörpers, in Bezug auf die Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last, nach vorne geneigt, und der Neigungswinkel der Schwenkachse ist auf einen Winkel von 0 bis 90 Grad ausschließlich dieser beiden Werte eingestellt.
Wenn der Antriebsriemen auf dem Scheibenkörper zu einer Seite hin ausweicht, so daß der Lastschwerpunkt auf dem Wellenelement (Wellenlast) von der Linie, die durch die Schwenkachse verläuft, in Richtung der Breite des Scheibenkörpers ebenfalls zu einer Seite des Wellenelements hin ausweicht, erzeugt die verlagerte Last gemäß dieser Antriebsriemenscheibe auf dem Wellenelement ein Drehmoment um die Schwenkachse. Das Wellenelement wird zusammen mit dem Scheibenkörper durch das Drehmoment winklig um die Schwenkachse bewegt.
Wenn der Neigungswinkel der Schwenkachse 90 Grad beträgt, das heißt, wenn die Schwenkachse rechtwinklig zur Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last verläuft, wird der Scheibenkörper winklig bewegt, so daß die Seite davon, zur der hin der Antriebsriemen ausgewichen ist, sich in Richtung auf die auf das Wellenelement einwirkende Last bewegt. Genauer gesagt wird der Scheibenkörper so geneigt, daß bei Betrachtung der Höhe seiner Wirkungsfläche, in Bezug auf die Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last, die Seite davon, zu welcher der Antriebsriemen hin ausgewichen ist, niedriger ist und die Gegenseite höher ist. Anders ausgedrückt wird der Außenumfang des Scheibenkörpers so geneigt, daß es dem Fall entspricht, in dem er gewölbt ausgeführt ist. Der Antriebsriemen erfährt auf diese Weise eine Rückstellkraft, die der Richtung seines Ausweichens entgegengerichtet ist. Dies führt dazu, daß der Antriebsriemen in einer Position läuft, in der zwischen der Rückstellkraft aufgrund der Neigung des Riemenscheibenkörpers und einer gemäß den Charakteristika des Riemenantriebssystems auf den Antriebsriemen wirkenden Ausweichkraft ein Gleichgewicht herrscht. Selbst wenn der Antriebsriemen stark zu einer Seite hin ausweicht, wird er unmittelbar in die Position zurückgeführt, in der ein Gleichgewicht zwischen der Rückstellkraft und der Ausweichkraft herrscht.
Wenn der Neigungswinkel der Schwenkachse unter 90 Grad liegt, wirkt nicht nur eine Kraftkomponente in Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last, sondern auch eine Kraftkomponente in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Antriebsriemens (der Richtung, in welcher der Antriebsriemen läuft, während er den Scheibenkörper berührt), die rechtwinklig zur Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last verläuft, auf die winklige Bewegung des Scheibenkörpers bei einem Ausweichen des Antriebsriemens. Daher wird der Scheibenkörper nicht nur relativ zur Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last geneigt, sondern er kommt auch schräg mit dem Antriebsriemen in Berührung.
Da die Schwenkachse in Drehrichtung des Scheibenkörpers, in Bezug auf die Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last, nach vorne geneigt ist, oder, anders ausgedrückt, in Richtung der Riemenbewegung, in Bezug auf die Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last, nach hinten geneigt ist, nimmt der Scheibenkörper, wenn der Antriebsriemen zu einer Seite hin ausweicht, eine schräge Position ein, indem die Seite davon, zu welcher der Antriebsriemen hin ausgewichen ist, in Richtung der Riemenbewegung die vorwärts gerichtete Seite ist. Wenn sich die Riemenscheibe in der schrägen Position dreht, wirkt vom Scheibenkörper eine Kraft in der Richtung zum Ausgleichen des Ausweichens auf den Antriebsriemen.
Wenn schließlich bei einem Neigungswinkel der Schwenkachse von 0 bis 90 Grad ausschließlich dieser beiden Werte der Antriebsriemen zu einer Seite hin ausweicht, erfährt die Antriebsriemenscheibe sowohl eine Rückstellkraft, die sich daraus ergibt, daß der Scheibenkörper so geneigt ist, daß er, in Bezug auf die Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last, einen Höhenunterschied aufweist, als auch eine Rückstellkraft, die sich daraus ergibt, daß der Scheibenkörper eine schräge Position relativ zum Antriebsriemen einnimmt. Der Antriebsriemen läuft in einer Position, in der ein Gleichgewicht zwischen einer Resultante aus beiden Rückstellkräften und einer gemäß den Charakteristika des Riemenantriebssystems auf den Antriebsriemen wirkenden Ausweichkraft herrscht.
Von der Rückstellkraft aufgrund der Tatsache, daß der Scheibenkörper geneigt ist, und der Rückstellkraft aufgrund der Tatsache, daß der Scheibenkörper eine schräge Position einnimmt, hat die Letztgenannte eine größere Auswirkung beim Verhindern der seitlichen Ablenkung.
Daher wird der Neigungswinkel der Schwenkachse bevorzugt auf einen Winkel von 0 bis 90 Grad ausschließlich dieser beiden Werte eingestellt, bevorzugter auf einen Winkel von 0 Grad bis 45 Grad einschließlich, um die Rückstellkraft aufgrund der Tatsache, daß der Scheibenkörper eine schräge Position einnimmt, wirksam zu nutzen. Wenn der Neigungswinkel in der Nähe von 0 Grad liegt, ist es weniger wahrscheinlich, daß das Drehmoment um die Schwenkachse auftritt. Daher wird der Neigungswinkel noch bevorzugter auf einen Winkel von 5 bis 45 Grad einschließlich beider Werte oder von 10 bis 30 Grad einschließlich beider Werte eingestellt.
Wie aus dem Vorgenannten hervorgeht, kann die Riemenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer einfachen Struktur unmittelbar und sicher eine seitliche Ablenkung und ein Flattern eines Antriebsriemens vermeiden.
Dies erlaubt es einer Flachriemenscheibe, eine geringfügige Wölbung aufzuweisen, und ermöglicht sogar die Verwendung einer Flachriemenscheibe ohne Wölbung. Anders ausgedrückt kann das Konstruieren einer Riemenscheibe erleichtert werden. Gleichzeitig kann die auf einen Cord wirkende Zugspannung eines Antriebsriemens gleichmäßig verteilt und stabilisiert werden, was hinsichtlich der Verbesserung der Festigkeit und der Leistung bei der Kraftübertragung des Antriebsriemens von Vorteil ist.
Bei einer weiteren Antriebsriemenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schwenkachse so angeordnet, daß sie die Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last schneidet, und wenn der Antriebsriemen auf dem Scheibenkörper zu einer Seite hin ausweicht, entsteht aufgrund der auf das Wellenelement einwirkenden Last ein Moment um die Schwenkachse, so daß der Scheibenkörper relativ zum Antriebsriemen eine schräge Position in Richtung auf die andere Seite des Scheibenkörpers einnimmt.
Wenn somit der Antriebsriemen zu einer Seite des Scheibenkörpers hin ausweicht, entsteht ein Drehmoment um die Schwenkachse, so daß der Scheibenkörper zusammen mit dem Wellenelement relativ zum Antriebsriemen eine schräge Position einnimmt. Dies führt dazu, daß vom Scheibenkörper aus eine Ausgleichskraft für das Ausweichen auf den Antriebsriemen ausgeübt wird. Wenn außerdem der Scheibenkörper relativ zum Antriebsriemen eine schräge Position einnimmt, wird der Scheibenkörper gleichzeitig so geneigt, daß er, in Bezug auf die Richtung der auf das Wellenelement einwirkenden Last, einen Höhenunterschied aufweist. Diese Neigung des Scheibenkörpers erzeugt eine auf den Antriebsriemen wirkende Rückstellkraft. Abschließend läuft der Antriebsriemen in einer Position, in der ein Gleichgewicht zwischen der Rückstellkraft und der Ausweichkraft herrscht.
Folglich kann die vorgenannte Riemenscheibe mit einer einfachen Struktur unmittelbar und sicher eine seitliche Ablenkung und ein Flattern des Antriebsriemens vermeiden.
Eine noch weitere Antriebsriemenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt folgendes: einen hohlen, zylindrischen Scheibenkörper, um den herum ein Antriebsriemen gewickelt werden soll; ein hohles, zylindrisches Wellenelement, das den Scheibenkörper drehbar trägt; und ein Trägerelement, das in das Wellenelement eingesetzt ist und das Wellenelement und den Scheibenkörper zur Kippbewegung um eine rechtwinklig zum Wellenelement verlaufende Schwenkachse trägt.
Wenn diese Antriebsriemenscheibe verwendet wird, indem die Schwenkachse, in Bezug auf die auf das Wellenelement einwirkende Last, in Drehrichtung des Scheibenkörpers nach vorne und in einem Winkel von 0 bis 90 Grad ausschließlich dieser beiden Werte geneigt wird, kann sogar dann, wenn der Antriebsriemen zu einer Seite hin ausgewichen ist, verhindert werden, daß sich das Ausweichen verstärkt. Daher kann diese Riemenscheibe eine seitliche Ablenkung und ein Flattern des Antriebsriemens unmittelbar und sicher vermeiden.
Eine noch weitere Antriebsriemenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt folgendes: einen Scheibenkörper, um den herum ein Antriebsriemen gewickelt werden soll; und ein Trägerelement, das den Scheibenkörper zur Drehung um eine Drehachse und zur Kippbewegung um eine rechtwinklig zur Drehachse verlaufende Schwenkachse trägt.
Außerdem ist die Schwenkachse in Drehrichtung des Scheibenkörpers, in Bezug auf die Richtung der auf den Scheibenkörper einwirkenden Last, entlang der axialen Richtung des Scheibenkörpers gesehen, nach vorne geneigt, und der Neigungswinkel der Schwenkachse ist auf einen Winkel von 0 bis 90 Grad ausschließlich dieser beiden Werte eingestellt.
Wenn daher der Antriebsriemen auf dem Scheibenkörper zu einer Seite hin ausweicht, so daß der Lastschwerpunkt auf dem Wellenelement sich in Richtung der Drehachse des Scheibenkörpers verschiebt, entsteht ein Moment um die Schwenkachse, so daß sich der Scheibenkörper winklig bewegt (das heißt, die Drehachse bewegt sich winklig um die Schwenkachse). Eine Ausgleichskraft für das Ausweichen wird somit vom Antriebsriemen auf den Scheibenkörper ausgeübt. Dies führt dazu, daß der Antriebsriemen in einer Position läuft, in der ein Gleichgewicht zwischen der Rückstellkraft und der Ausweichkraft herrscht.
Vorzugsweise ist die Schwenkachse der Antriebsriemenscheibe annähernd in der Mitte der Breite des Scheibenkörpers angeordnet. Dies ist beim Betrieb des Antriebsriemens vorteilhaft und positioniert ihn annähernd in der Mitte der Breite des Scheibenkörpers.
Das Trägerelement umfaßt bevorzugt eine in das hohle, zylindrische Wellenelement eingesetzte Tragstange und einen die Schwenkachse bildenden Stift, und die Innenwand des Wellenelements und die Tragstange sind mit zugehörigen ebenen Oberflächen ausgebildet, die rechtwinklig zum Stift verlaufen und einander aufgrund der auf das Wellenelement einwirkenden Last gleitfähig berühren.
Da das Wellenelement und die Tragstange einander aufgrund der auf den Antriebsriemen wirkenden Zugspannung gleitfähig berühren, bewirkt die Berührung einen Widerstand des Wellenelements gegen die Kippbewegung. Dies führt dazu, daß verhindert werden kann, daß der Scheibenkörper durch die Vibration des Antriebsriemens in ungeeigneter Weise kippt und daß bei einem Ausweichen des Antriebsriemens zu einer Seite hin der Scheibenkörper ein schnelles, unstetes Schwanken, das heißt ein Schlingern, verursacht.
Die Innenwand des Wellenelements ist bevorzugt mit einer rechtwinklig zur Schwenkachse verlaufenden, ebenen Oberfläche ausgebildet, und das Trägerelement umfaßt vorzugsweise folgendes: eine Tragstange, die in das hohle, zylindrische Wellenelement eingesetzt ist und mit einer ebenen Oberfläche ausgebildet ist, welche die ebene Oberfläche des Wellenelements durch eine auf das Wellenelement einwirkende Last gleitfähig berührt; und eine Halbkugel, die zwischen der ebenen Oberfläche der Tragstange und der ebenen Oberfläche des Wellenelements eingesetzt ist, um die Schwenkachse zu bilden.
Da die Schwenkachse aus einer Halbkugel gebildet wird, kann sie dieselbe Funktion wie der Stift ausüben und erhöht im Vergleich zum Stift die Festigkeit. Zusätzlich weist die Tragstange im Vergleich zu dem Fall, in dem die Schwenkachse durch Führen des Stifts durch die Tragstange gebildet wird, eine erhöhte Festigkeit auf.
Bei einem Riemenantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein System, bei dem die Antriebsriemenscheibe, wie oben beschrieben, gegen einen Antriebsriemen gedrückt wird, um den Antriebsriemen unter Zugspannung zu setzen.
Daher kann das Riemenantriebssystem ein Flattern und eine seitliche Ablenkung des Antriebsriemens verhindern, während der Antriebsriemen stabil unter Zugspannung steht, was hinsichtlich der Realisierung einer vollen Leistung des Antriebsriemens bei der Kraftübertragung vorteilhaft ist.
Antriebsriemen gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen alle Typen von Riemen, wie zum Beispiel Flachriemen und Synchronriemen (Zahnriemen). Bei Flachriemen kann entweder ihre Innenseite (Wirkseite) oder ihre Außenseite (Rückseite) mit einem Scheibenkörper in Berührung gebracht werden. Bei Synchronriemen wird bevorzugt ihre Außenseite (Rückseite) mit einem Scheibenkörper in Berührung gebracht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht eines Riemenantriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Teilquerschnitts-Seitenansicht, die eine Antriebsriemenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Vorderansicht, die den Einsatzzustand der Antriebsriemenscheibe zeigt.
4 ist eine Perspektivansicht, die den Einsatzzustand der Antriebsriemenscheibe zeigt.
5 ist ein Diagramm, das die Tatsache veranschaulicht, daß im obigen Einsatzzustand der Riemenscheibe aufgrund einer auf das Wellenelement einwirkenden Last an diesem ein Drehmoment entsteht.
6 ist eine Draufsicht, die eine winklige Bewegung eines Scheibenkörpers zeigt, wenn der Antriebsriemen im obigen Einsatzzustand nach einer Seite hin ausgewichen ist.
7 ist eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils VII von 3.
8 ist eine Vorderansicht, die einen anderen Einsatzzustand der Riemenscheibe zeigt.
9 ist eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils IX von 8.
10 ist ein 3 entsprechendes Diagramm, das eine Riemenscheibe gemäß einer Modifikation zeigt.
11 ist ein 4 entsprechendes Diagramm, das die Riemenscheibe von 10 zeigt.
12 ist ein Diagramm, das eine Riemenscheibe mit einer Schwenkkonfiguration zeigt, die sich von der von 10 unterscheidet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Bei einem in 1 gezeigten Riemenantriebssystem bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Antriebsscheibe (Flachriemenscheibe), und das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Abtriebsscheibe (Flachriemenscheibe). Ein Antriebsriemen (Flachriemen) 3 ist um die beiden Riemenscheiben 1 und 2 gewickelt. Eine Antriebsriemenscheibe 4 wird gegen die Rückseite des Antriebsriemens 3 gedrückt, wodurch der Antriebsriemen unter Zugspannung gesetzt wird.
Wie in 2 gezeigt, weist die Riemenscheibe 4 einen hohlen, zylindrischen Scheibenkörper 5, um den der Antriebsriemen 3 gewickelt werden soll, ein hohles, zylindrisches Wellenelement 11, das den Scheibenkörper 5 über Lager 12 drehbar trägt, und ein Trägerelement 7, das sowohl den Scheibenkörper 5 als auch das Wellenelement 11 zur Kippbewegung trägt, auf. Das Trägerelement 7 ist mit einer Tragstange 8 und einem Stift 9 versehen.
Die Tragstange 8 besteht aus einem Anbauteil 8a und einem Tragteil 8b, das von einem Ende des Anbauteils 8a aus eine Fortsetzung bildet. Das Anbauteil 8a ist an einem Träger, wie zum Beispiel einem Gehäuse, befestigt, in dem das Riemenantriebssystem angeordnet ist. Das Tragteil 8b ist in die Bohrung des hohlen, zylindrischen Wellenelements 11 eingesetzt. Das Tragteil 8b wird durch Abtrennen diametral entgegengesetzter, D-förmiger Bereiche von einer Stange mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Durch dieses Abtrennen D-förmiger Bereiche entstehen sich parallel erstreckende, ebene Gleitflächen 8c und 8c auf dem Tragteil 8b, wie in 3 und 4 gezeigt.
Daher weist das Tragteil 8b entgegengesetzte, ebene Gleitflächen 8c und 8c und gebogene Flächen auf, die sich auf beiden Seiten befinden, um entsprechende Kanten der Gleitflächen 8c und 8c zu verbinden, wodurch ein im wesentlichen rechteckiger Querschnitt ausgebildet wird.
Die Bohrung des Wellenelements 11 ist ebenfalls mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt gemäß der Querschnittsform des Tragteils 8b der Tragstange 8 ausgebildet. Genauer gesagt ist die Innenwand des Wellenelements 11 mit entgegengesetzten, ebenen Gleitflächen 11a und 11a ausgebildet, mit denen die entsprechenden Gleitflächen 8c und 8c der Tragstange 8 gleitfähig in Berührung sind. Zusätzlich wird die Innenwand des Wellenelements 11 mit gebogenen Flächen ausgebildet, die sich auf beiden Seiten befinden, um entsprechende Kanten der Gleitflächen 11a und 11a zu verbinden.
Der Stift 9 des Trägerelements 7 ist in eine im Tragteil 8b der Tragstange 8 ausgebildete Durchgangsbohrung eingepaßt. Beide Enden des Stifts 9 sitzen in Tragbohrungen, die im Wellenelement 11 ausgebildet sind. Der Stift 9 ist annähernd in der Mitte der Breite des Scheibenkörpers 5 angebracht und schneidet die Gleitflächen 8c und 8c der Tragstange 8 jeweils im rechten Winkel.
Außerdem sind zwischen den gebogenen Flächen an beiden Seiten des Tragteils 8b der Tragstange 8 und den entsprechenden gebogenen Flächen an beiden Seiten der Bohrung des Wellenelements 11 Zwischenräume 15 und 15 freigelassen. Die Zwischenräume 15 und 15 erlauben es dem Wellenelement 11, zusammen mit dem Scheibenkörper 5 um den Stift 9 herum zu kippen. Auf diese Weise wird der Scheibenkörper 5 zur Drehung um eine Drehachse C1 und zur Kippbewegung um eine rechtwinklig zur Drehachse C1 verlaufende Schwenkachse C2 getragen.
Die Antriebsriemenscheibe 4 wird in einem Zustand eingesetzt, in dem der Stift in Richtung der Riemenbewegung A, in Bezug auf die Richtung der Last L (die aufgrund der Zugspannung des Antriebsriemens auf das Wellenelement 11 einwirkende Last), nach hinten geneigt ist, wie in 3. gezeigt, oder in einem Zustand, in dem der Stift 9 rechtwinklig zur Richtung der Last L positioniert ist, wie in 8 gezeigt.
Angenommen, in dem in 3 gezeigten Einsatzzustand bewegt sich, wie mit den Strichpunktlinien in 4 gezeigt, der annähernd in der Mitte der Breite des Scheibenkörpers 5 positionierte Antriebsriemen 3 von dieser Position zu einer Seite hin. Zu diesem Zeitpunkt weicht der Lastschwerpunkt auf dem Wellenelement 11 von der Linie, die durch den Stift 9 hindurch verläuft, zu einer Seite des Scheibenkörpers 5 hin aus. Dies führt dazu, daß ein Drehmoment um den Stift 9 auf das Wellenelement 11 wirkt, so daß sich das Wellenelement 11 zusammen mit dem Scheibenkörper 5 winklig um den Stift 9 bewegt.
5 zeigt das Tragteil 8b, den Stift 9 und das Wellenelement 11 der Tragstange 8. Wenn die Richtung der Last am Wellenelement 11 dieselbe ist wie die des Stifts 9 (das heißt, 10) entsteht kein Drehmoment um den Stift 9. Wenn andererseits die Richtung der Last am Wellenelement 11, in Bezug auf die Richtung des Stifts 9, gleich der in einem Winkel von α geneigten Richtung L ist, erzeugt ihre Kraftkomponente L1 ein Drehmoment um den Stift 9. Das Drehmoment dreht das Wellenelement 11 winklig. Der Winkel α entspricht, in Bezug auf die Richtung der Last L, dem Neigungswinkel des Stifts 9.
Somit bewegt im Fall von 3 und 4 die Last L den Scheibenkörper 5 winklig um den geneigten Stift 9. Dies führt dazu, daß der Scheibenkörper 5, wie in 6 (Draufsicht) gezeigt, eine schräge Position relativ zum Antriebsriemen 3 einnimmt, so daß die Seite des Scheibenkörpers 5, zu welcher hin der Antriebsriemen 3 ausgewichen ist, in Richtung der Riemenbewegung die vorwärts gerichtete Seite ist. Gleichzeitig ist der Scheibenkörper 5, wie in 7 gezeigt (Seitenansicht in der Richtung des Pfeils VII von 3), relativ zur Richtung der Last L geneigt, so daß die Seite davon, zu welcher hin der Antriebsriemen 3 ausgewichen ist, niedriger und die entgegengesetzte Seite höher ist. 3, 6 und 7 zeigen mit den Strichpunktlinien die Position des Scheibenkörpers 5 nach seiner winkligen Bewegung.
Daher erfährt der Antriebsriemen 3 eine Rückstellkraft (Ausgleichskraft für sein Ausweichen), die sich daraus ergibt, daß der Scheibenkörper 5 die schräge Position einnimmt, und eine Rückstellkraft, die sich daraus ergibt, daß der Scheibenkörper 5 geneigt ist. Auf diese Weise wird eine seitliche Ablenkung des Antriebsriemens 3 verhindert. Anders ausgedrückt, läuft der Antriebsriemen 3 in seiner Position, in der ein Gleichgewicht herrscht zwischen einer Rückstellkraft, die sich daraus ergibt, daß der Scheibenkörper 5 eine schräge Position einnimmt und geneigt ist, und einer Ausweichkraft, die gemäß den Charakteristika des Riemenantriebssystems auf den Antriebsriemen 3 wirkt. Sogar wenn der Antriebsriemen 3 stark nach einer Seite hin ausweicht, wird der Antriebsriemen 3 in die Position zurückgeführt, in der ein Gleichgewicht zwischen der Rückstellkraft und der Ausweichkraft herrscht.
Außerdem kommt die Gleitfläche 8c der Tragstange 8, wenn der Stift 9, wie oben beschrieben, geneigt ist, aufgrund einer auf das Wellenelement 11 einwirkenden Last mit der Gleitfläche 11a des hohlen, zylindrischen Wellenelements 11 in Berührung. Daher wirkt zwischen den beiden Gleitflächen 8c und 11a ein angemessener Gleitwiderstand. Wenn der Antriebsriemen 3 in der Nähe der Mitte des Scheibenkörpers 5 läuft, führt dies dazu, daß ein geringfügiges Kippen des Scheibenkörpers 5 durch Laufvibrationen oder dergleichen des Antriebsriemens 3 verhindert wird. Gleichzeitig wird ebenfalls verhindert, daß der Scheibenkörper 5 sich mit einer empfindlichen Reaktion winklig bewegt und der Scheibenkörper 5 dadurch ein schnelles, unstetes Schwanken, das heißt ein Schlingern, verursacht, wenn der Antriebsriemen 3 zu einer Seite hin ausweicht.
Wenn der Antriebsriemen 3 in dem in 8 gezeigten Einsatzzustand zu einer Seite des Scheibenkörpers 5 hin ausweicht, bewegt sich der Scheibenkörper 5 zusammen mit dem Wellenelement 11 winklig um den Stift 9, der rechtwinklig zur auf das Wellenelement 11 einwirkenden Last positioniert ist, wie in 9 (Seitenansicht in Richtung des Pfeils IX von 8) gezeigt. Dies führt dazu, daß der Scheibenkörper 5 relativ zur Richtung der Last L geneigt wird, so daß die Seite davon, zu der hin der Antriebsriemen 3 ausgewichen ist, niedriger und die entgegengesetzte Seite höher ist.
Daher erfährt der Antriebsriemen 3 eine Rückstellkraft, die sich daraus ergibt, daß der Scheibenkörper 5 geneigt ist. Auf diese Weise wird eine seitliche Ablenkung des Antriebsriemens 3 verhindert. Anders ausgedrückt, läuft der Antriebsriemen 3 in seiner Position, in der ein Gleichgewicht herrscht zwischen der Rückstellkraft, die sich daraus ergibt, daß der Scheibenkörper 5 geneigt ist, und der Ausweichkraft, die gemäß den Charakteristika des Riemenantriebssystems auf den Antriebsriemen 3 wirkt. Selbst wenn der Antriebsriemen 3 stark nach einer Seite hin ausweicht, wird der Antriebsriemen 3 in die Position zurückgeführt, in der ein Gleichgewicht zwischen der Rückstellkraft und der Ausweichkraft herrscht.
Wenn die Riemenscheibe 4 wie oben beschrieben als Spannrolle eingesetzt wird, kann der Antriebsriemen 3 stabil unter Zugspannung gesetzt werden, was hinsichtlich der Realisierung einer vollen Leistung des Antriebsriemens 3 bei der Kraftübertragung vorteilhaft ist.
Der Außenumfang des Scheibenkörpers 5 kann geringfügig gewölbt ausgeführt sein. Wenn die Wölbung auf dem Scheibenkörper 5 geringfügig ist, kann der Antriebsriemen 3 vermeiden, daß eine große Last darauf einwirkt.
Der Scheibenkörper 5 kann auf beiden Seiten mit Flanschen versehen sein, um zu verhindern, daß der Antriebsriemen 3 aus dem Scheibenkörper 5 herausfällt, wenn eine anormale äußere Kraft auf den Antriebsriemen 3 wirkt. Da eine seitliche Ablenkung und ein Flattern des Antriebsriemens 3, wie oben beschrieben, durch eine winklige Bewegung des Scheibenkörpers verhindert werden können, kommt die Antriebsscheibe kaum mit den Flanschen in Berührung. Daher tritt weder ein Ausfransen der Seitenfläche des Antriebsriemens 3 noch ein Zerfasern des Cords auf.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Riemenscheibe 4 als Spannrolle eingesetzt. Die Riemenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch zu anderen Zwecken eines Antriebssystems, wie zum Beispiel zur Einstellung der Länge oder des Umschlingungswinkels eines Antriebsriemens oder zur Änderung der Richtung der Riemenbewegung, verwendet werden.
Modifikation
In dem obigen Ausführungsbeispiel wird die Schwenkachse C2 aus dem Stift 9 gebildet, der in die in der Tragstange 8 ausgebildete Durchgangsbohrung eingepaßt ist. Die Schwenkachse C2 kann jedoch, wie in 10 und 11 gezeigt, aus halbkugelförmigen Vorsprüngen (Halbkugeln) 91 und 91 gebildet sein, die einstückig mit den beiden Gleitflächen 8c bzw. 8c der Tragstange 8 ausgebildet sind, um jeweils von den Gleitflächen 8c und 8c vorzustehen.
Alternativ können, wie in 12 gezeigt, die aus den Gleitflächen 8c und 8c vorstehenden Halbkugeln durch Einpassen von Kugeln 92 und 92 in Ausnehmungen ausgebildet werden, die in den Gleitflächen 8c bzw. 8c ausgebildet sind.
Wenn die Schwenkachse C2 aus Halbkugeln 91 oder 92 gebildet wird, kann sie nicht nur dieselbe Funktion wie die aus dem Stift 9 gebildete Schwenkachse ausüben, sondern auch ihre Festigkeit erhöhen. Daher weist sie den Vorteil einer Erhöhung der Tragfähigkeit des Wellenelements 11 und des Scheibenkörpers 5 auf.
Außerdem kann die Festigkeit der Tragstange 8 erhöht werden, da keine Durchgangsbohrung in der Tragstange 8 ausgebildet ist. Obwohl nicht gezeigt, können weitere Strukturen ohne in der Tragstange 8 ausgebildete Durchgangsbohrung implementiert werden, zum Beispiel, indem zylindrische Vorsprünge ausgebildet werden, die von den beiden Gleitflächen 8c bzw. 8c der Tragstange 8 vorstehen, oder indem zylindrische Stifte in Ausnehmungen eingepaßt werden, die in den Gleitflächen 8c bzw. 8c ausgebildet sind.
Die Halbkugeln 91 oder 92 oder die zylindrischen Stifte können auf dem Wellenelement 11 anstatt auf der Tragstange 8 vorgesehen werden.

Claims

Antriebsriemenscheibe (4), umfassend: einen Scheibenkörper (5), um den ein Antriebsriemen (3) gewickelt werden soll, und ein Trägerelement (7), das den Scheibenkörper (5) zur Drehung um eine Drehachse (C1) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (7) den Scheibenkörper (5) zur Kippbewegung um eine rechtwinklig zur Drehachse (C1) verlaufende Schwenkachse (C2) trägt, die Schwenkachse (C2), entlang der Drehachse (C1) des Scheibenkörpers (5) gesehen, in Drehrichtung des Scheibenkörpers (5) in Bezug auf die Richtung der Last (L) auf den Scheibenkörper (5) nach vorn geneigt ist, und der Neigungswinkel (α) der Schwenkachse (C2) auf einen Winkel von 0 bis 90 Grad ausschließlich dieser beiden Werte eingestellt ist.
Antriebsriemenscheibe (4) nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein hohles, zylindrisches Wellenelement (11), das den Scheibenkörper (5) zur Drehung um die Drehachse (C1) drehbar trägt, wobei das Trägerelement (7) in das hohle, zylindrische Wellenelement (11) eingesetzt ist und das hohle, zylindrische Wellenelement (11) und den Scheibenkörper (5) zur Kippbewegung um die Schwenkachse (C2) trägt.
Antriebsriemenscheibe (4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schwenkachse (C2) so angeordnet ist, daß sie die Richtung der Last (L) auf dem Scheibenkörper (5) schneidet, und wobei, wenn der Antriebsriemen (3) zu einer Seite des Scheibenkörpers (5) ausweicht, aufgrund einer auf das hohle, zylindrische Wellenelement (11) einwirkenden Last (L) ein Moment um die Schwenkachse (C2) erzeugt wird, so daß der Scheibenkörper (5) eine Position schräg zur anderen Seite des Scheibenkörpers (5) relativ zum Antriebsriemen (3) einnimmt.
Antriebsriemenscheibe (4) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Trägerelement (7) eine in das hohle, zylindrische Wellenelement (11) eingesetzte Tragstange (8) sowie einen die Schwenkachse (C2) bildenden Stift (9) umfaßt, und wobei die Innenwand des hohlen, zylindrischen Wellenelements (11) und die Tragstange (8) mit zugehörigen ebenen Oberflächen (11a, 8c) ausgebildet sind, die rechtwinklig zum Stift (9) verlaufen und einander aufgrund der auf das hohle, zylindrische Wellenelement (11) einwirkenden Last (L) gleitfähig berühren.
Antriebsriemenscheibe (4) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Innenwand des hohlen, zylindrischen Wellenelements (11) mit einer rechtwinklig zur Schwenkachse (C2) verlaufenden, ebenen Oberfläche (11a) ausgebildet ist, und wobei das Trägerelement (7) folgendes umfaßt: eine Tragstange (8), die in das hohle, zylindrische Wellenelement (11) eingesetzt ist und mit einer ebenen Oberfläche (8c) ausgebildet ist, welche die ebene Oberfläche (11a) des hohlen, zylindrischen Wellenelements (11) durch eine auf das hohle, zylindrische Wellenelement (11) einwirkende Last (L) gleitfähig berührt, und eine Halbkugel (91), die zwischen der ebenen Oberfläche (8c) der Tragstange (8) und der ebenen Oberfläche (11a) des hohlen, zylindrischen Wellenelements (11) eingesetzt ist, um die Schwenkachse (C2) zu bilden.
Antriebsriemenscheibe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schwenkachse (C2) annähernd in der Mitte der Breite des Scheibenkörpers (5) angeordnet ist.
Riemenantriebssystem, in dem die Antriebsriemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gegen einen Antriebsriemen (3) gedrückt wird, um eine Spannung auf den Antriebsriemen (3) aufzubringen.