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Diese Erfindung bezieht sich auf einen Mechanismus zur Kontrolle bzw.
Unterdrückung eines Riemengeräuschs zur Verwendung in einer breiten
Vielfalt von Maschinen, wie beispielsweise Kopierer/Drucker.
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Ein übermäßiges Geräusch von Maschinen, wie beispielsweise
Kopierer/Drucker in Arbeitsumgebungen, ist für Benutzer seit dem Auftauchen
solcher Maschinen bis zum heutigen Tag ein Reizpunkt gewesen. Als
hauptbeteiligte Maschinengeräusche wurden die Spannrollen von
Zeitsteuerriemensystemen ermittelt. Unter niedriger Geschwindigkeit ist ein Geräusch
von Spannrollen ebenso hoch wie dasjenige des Zeitsteuerriemen- und
Riemenscheibensystems kombiniert. Unter höheren Geschwindigkeiten wurde der
Geräuschpegel einer Spannrolle dahingehend befunden, daß er eine
Größenordnung höher ist als dies in Figur 1 dargestellt ist. Dies folgt daher,
daß typische Spannrollensysteme, die in Kopierern, Druckern,
Duplikatoren, usw. vorgefunden werden, nicht nur ein Geräusch erzeugen, sondern
auch dazu tendieren, die Schwingungsenergie der Riemen auf den
Maschinenrahmen und die Abdeckungen zu übertragen und in einigen Fällen zu
verstärken. Diese unerwünschte, mechanische Energie wird als Geräusch
abgestrahlt. Ein Bedürfnis besteht deutlich für eine Einrichtung, um ein
Geräusch in Maschinen zu kontrollieren bzw. zu unterdrücken.
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Frühere Riemenantriebssysteme umfassen die US-A-2,913,192, die auf einen
Bandantriebsmechanismus zum Antreiben von Bändern unter konstanter
Spannung und Geschwindigkeit gerichtet ist. Eine elastische, sich
durchbiegende Feder biegt sich in einer Kurve, die ermöglicht, daß das Band
akkurat zu einem Aufzeichnungskopf läuft. Die Feder ermöglicht eine
Nachgiebigkeit in einem Freiheitsgrad und erscheint für nur leichte
Spannungsanwendungen geeignet zu sein. Ein Mehrfachhebel- und
Mehrfachfedersystem, um einen Bereich eines Bands temporär zu verlangsamen, während
der Rest des Bands auf einer anderen Geschwindigkeit gehalten wird, ist
in der US-A-4,869,707 offenbart. Eine Verriegelungsanordnung für ein
Photorezeptorband ist in der US-A-4,983,146 dargestellt, in der eine
Feder benutzt wird, um eine anfängliche Spannung zu schaffen, und wobei
die Anordnung nach unten durch einen Verriegelungsarm verriegelt wird.
Nachdem der Verriegelungsmechanismus in Eingriff gebracht ist, ist die
Feder nicht funktionsfähig. Allerdings erscheint eine feste Verriegelung
eines Riemens, wie dies in diesem Patent offenbart ist, ein unerwünschtes
und übermäßiges Geräusch und Schwingungen zu verursachen. Die
US-A-4,459,123 offenbart die Anordnung eines einzelnen oder
Mehrfachriemensystems für eine maximale Antriebseffektivität. Die
Antriebsmaschinerie, die das meiste Drehmoment erfordert, ist am dichtesten zu der
Antriebseinheit angeordnet. Zusätzliche Antriebseinheiten sind in
abfallender Ordnung gemäß den Größen der Antriebsdrehmomente plaziert. Die
WO-A-91/00969, die dahingehend betrachtet wird, daß sie den
nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Riemenspannanordnung, die
eine spiralförmige Torsionsfeder verwendet, um einen Arm, der eine
Spannrolle trägt, mit einem Riemen in Eingriff zu drücken. Die
Riemenspanneinrichtung besitzt eine Armplatteneinrichtung, die eine Verlängerung
besitzt, die um den Arm herum angeordnet und die an einer
Gehäuseeinrichtung für die Spannerichtung derart befestigt ist, daß die
Armplatteneinrichtung dazu tendiert, eine ungünstige Spannung des Riemens, der in
den Arm an seiner Welleneinrichtung eingreift, zu verhindern. Deshalb
werden einstellbare Einrichtungen für ein reibungsmäßiges Dämpfen der
Drehbewegung des Riemeneingriffsarms relativ zu der Trageeinrichtung
vorgesehen. Heitere Einrichtungen liefern eine begrenzte Drehbewegung des
Arms.
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Unter Berücksichtigung dieser Patente besteht ein deutlicher Bedarf für
eine Einrichtung, um ein Geräusch in Maschinen zu kontrollieren bzw. zu
unterdrücken.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Geräuschpegel eines
Riemenantriebssystems zu reduzieren.
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Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch Schaffung eines
Riemenantriebssystems gemäß dem Anspruch 1.
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Demgemäß wird hier ein Gerät zum Kontrollieren eines Geräuschs und einer
Schwingung aktiv und/oder passiv in einem Riemenantriebssystem offenbart,
das ein Dämpfungselement aufweist, das mit einer Spannrolle und einer
geeigneten Befestigungsstruktur verbunden ist. Das Dämpfungselement, das
ein abgestimmtes Dämpfungselement ist, hebt die Geräuschquelle und/oder
Schwingungsenergie auf oder isoliert sie, die ansonsten über das
Riemenantriebssystem erzeugt, übertragen, ausgebreitet und verstärkt werden
würde.
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Ein Riemenantriebssystem gemäß der Erfindung wird nun beispielhaft unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung, die Testergebnisse gemäß einem
Riemenantriebssystem nach dem Stand der Technik darstellt.
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Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht, die ein Riemenantriebssystem
darstellt, das einen Dämpfungsspannrollenarm gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet.
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Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die die Testergebnisse
darstellt, die von einem Testen des Geräts der Fig. 2 erhalten wurden.
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Riemenantriebssysteme in der Vergangenheit, die Spannrollen und
Zeitsteuereriemen einsetzen, haben Geräuschprobleme verursacht, ob sie nun unter
niedrigen Geschwindigkeiten oder hohen Geschwindigkeiten benutzt wurden.
Zum Beispiel stellt die graphische Darstellung in Fig. 1 einen
Geräuschpegel einer Spannrolle gegenüber derjenigen eines Riemens und einer
Riemenscheibe dar, wobei der Geräuschpegel der Spannrolle viel höher als
derjenige sowohl des Riemens als auch der Riemenscheibe ist. Gerade unter
niedrigen Geschwindigkeiten ist der Geräuschpegel der Spannrolle höher
als derjenige des Riemens und der Riemenscheibe, die kombiniert sind. In
Fig. 1 betrug das Drehmoment, das beaufschlagt wurde, 0,1N-M, wobei die
normale Kraft, die auf den Riemen durch die Spannrolle beaufschlagt ist,
als Δ = 1N, = 2N gezeigt ist, wobei der Riemenscheibenmittenabstand
290 mm beträgt. Der Geräuschpegel des Riemens und der Riemenscheibe ist
durch die Kurven dargestellt, die mit Kreisen markiert sind.
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Um das Spannrollengeräusch zu reduzieren, ist ein Gerät 10 in Fig. 2
dargestellt, das ein Spannrollensystem mit einer abgestimmten
Dämpfungsfähigkeit aufweist. In der Anordnung des Antriebssystems für eine
Maschine gemäß Fig. 2 ist ein einzelner, endloser Zeitsteuerriemen 12
dargestellt, der eine Antriebsleistung von einer Antriebsriemenscheibe 14
überträgt, die wiederum eine angetriebene Riemenscheibe 16 antreibt. Eine
Spannrolle 20 ist gegen den Zeitsteuerriemen 12 in einer ungestützten,
frei tragenden Länge zwischen Riemenscheiben 14 und 16 durch einen
Spannrollenarm 22 mit einer abgestimmten Dämpfung vorgespannt, der aus
NylonR hergestellt ist, da NylonR einen relativ hohen
Dämpfungskoeffizienten besitzt. Andere Materialien als NylonR können zu
Dämpfungszwecken verwendet werden, falls dies erwünscht ist. Der Spannrollenarm 22
ist für eine schwenkbare Bewegung an einer Tragewelle/Stift 26 getragen.
Ein harter Anschlag 24 ist vorgesehen, um eine maximale Positionierung
des Spannrollenarms 22 zu kontrollieren. Irgendeine harte
Anschlageinrichtung könnte verwendet werden, zum Beispiel könnte sie in einen
Träger 26 unter Verwendung einer "D" -Öffnung eingebaut werden. Der
Spannrollenarm 22 kann von irgendeiner erwünschten Konfiguration sein, so
lange wie er den Träger und die Elastizität bis zu sechs Freiheitsgraden
an der Mitte der Spannrolle 20 liefert. Sechs Freiheitsgrade werden hier
dazu verwendet, um eine Verschiebung in den Richtungen der drei Achsen,
orthogonal zueinander, und eine Rotation um diese drei orthogonalen
Achsen zu bezeichnen. Dies dämpft die unerwünschte Schwingungsenergie und
reduziert ein Geräusch. Ein zusätzlicher Vorteil einer
Spannrollen-Geräuschkontrollkonfiguration in Fig. 2 ist derjenige, daß physikalische,
chemische und mechanische Eigenschaften, einschließlich der Materialien
des abgestimmten Dämpfungselements, optimiert werden können, um eine
aktive Dämpfung zu schaffen, die die Schwingung des Riemensystems dämpft.
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Der Ausdruck abgestimmte Dämpfung wird hier dazu verwendet, die Kontrolle
bzw. Unterdrückung eines Geräuschs und einer Schwingung bzw. Vibration
durch physikalische (Form), chemische oder mechanische Einrichtungen
anzuzeigen. Im Gegensatz zu dem abgestimmten Dämpfungselement 22 bestehen
traditionelle Spannrollensysteme aus einem festen Tragearm und einer
Feder, die eine gewickelte Feder oder eine Zugfeder sein kann.
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Das System der Fig. 2 wurde mit unterschiedlichen
Spannwalzenkonfigurationen getestet, wie beispielsweise solche mit geradem Kranz, feste
Speichen- und Spannrollen mit Hülsen, usw., und sie zeigten alle
hervorragende Geräuschherabsetzungsverbesserungen gegenüber bestehenden
Aufbaukonfigurationen. Die Testergebnisse, die in Fig. 3 dargestellt sind, wurden
unter Verwendung einer massiven Spannrolle erhalten, die einen
Außenseitendurchmesser von 20 mm und eine Breite von 13 mm besaß. Mit dieser
Spannrolle wurde eine Geräuschverbesserung von bis zu 12 dBA (d.h. 97%)
erhalten. Die obere Kurve, die mit Kreisen markiert ist, und die untere
Kurve, die mit Quadraten markiert ist, stellen in der Figur die
Geräuschpegel jeweils eines bestehenden Systems und eines abgestimmten
Dämpfungssystems dar. Die Mitte der Tragewelle zu der Mitte der Spannrollenlänge
eines abgestimmten Dämpfungsarms 22 betrug 56 mm und die Mitte des harten
Anschlags zu der Mitte des Spannrollenabstands betrug 44 mm für den Test.
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Wie leicht aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden wird,
wird bei der Riemenantriebs- und Spannrollenbefestigungsanordnung gemäß
der vorliegenden Erfindung eine Geräuschherabsetzung durch Einbau eines
abgestimmten Dämpfungselements erhalten, das an Spannwalzen befestigt
ist, die auf Zeitsteuerriemen arbeiten. Dieser Kontrollmechanismus
reduziert ein Geräusch durch Bildung des Trägers und der Elastizität, die für
den Spannrollenbetrieb erforderlich ist. Das abgestimmte Dämpfungselement
ist bei Rollen- bzw. Walzensystemen anwendbar, wie beispielsweise
Riemen- und Antriebssysteme. Riemen- und Antriebssysteme umfassen, sind
allerdings nicht darauf beschränkt, flache Riemen, Zeitsteuerriemen,
V-Riemen, Kettenantriebe und einige Zahnradantriebe. Es ist auch bei
allen Spannvorrichtungen anwendbar. Ein Vorteil des abgestimmten
Dämpfungselements ist derjenige, daß es eine selbsttätige Ausrichtung an dem
(den) Punkten(en) der Anwendung(en) ermöglicht.