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Diese Erfindung bezieht sich auf Zeitsteuerriemensysteme und insbesondere auf
geräuscharme Zeitsteuerriemen zur Verwendung in solchen Systemen.
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Übermäßiges Geräusch von Kopierern/Druckern in Arbeitsumgebungen sind ein
Reizthema für Benutzer von der Einführung solcher Maschinen an bis zu dem
heutigen Tag gewesen. Einer der größten Verursacher für ein Maschinengeräusch wurde
dahingehend befunden, daß es Zeitsteuerriemen sind, wo ein Eingriff zwischen den
Zähnen der Riemen und den Riemenscheiben ein Geräusch abgibt. Wenn
Lufttaschen zwischen den Zähnen der Riemen und den Riemenscheiben periodisch
entlang der lateralen Richtung einer Bewegung verschoben werden, moduliert die
Verwirbelung Luft in den umgebenden Bereichen und erzeugt ein Geräusch.
Geräuschspektren eines typischen Zeitsteuerriemens, wie dies in FIG. 1 dargestellt ist,
zeigen, daß die akustische Energie von zwei Bereichen kommt; (i) die Energie an der
Mesh-Frequenz bzw. Eingriffs-Frequenz und deren Harmonischen; und (ii) die
Energie bei hohen Frequenzen, was eine Folge eines Aufpralls ist. Der Geräuschpegel
ist proportional zu einer Anzahl von Dingen, zum Beispiel dem Volumen der
Lufttaschen die verschoben werden, und der Rate, unter der sie verschoben werden. Die
Spitzenwerte bei 630 Hz und 1250 Hz in FIG. 1 sind die Mesh-Frequenz und die
Harmonischen jeweils. Die Energie bei 2 KHz und das Vorstehende erfolgt aufgrund
eines Aufpralls der Zähne des Zeitsteuerriemens.
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Eine Behandlung von flachen Riemen für unterschiedliche Anwendungen umfaßt:
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Das US-Patent Nr. 1,661,300 offenbart einen Übertragungsriemen, der einem Film
aus Luft ermöglicht, der zwischen einem sich bewegenden Band und einer
Riemenscheibe eines Übertragungssystems eingeschlossen ist, unmittelbar wenn er
eingeschlossen wird, zu entweichen, wodurch ein Schlupf vermieden wird und dem
Riemen ermöglicht wird, Leistung unter geringer Spannung zu übertragen. Der
Riemen besteht aus Perforationen (5, 8) auf einer Seite des Riemens, die sich mit
Längsnuten (4, 10) verbinden, die in die andere Seite des Riemens eingeschnitten
sind. Die Öffnungen geben die eingeschlossene Luft frei, die sich zwischen dem
Riemen und seiner Riemenscheibe ansammelt.
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Das US-Patent Nr. 383,373 ist auf eine Riemenanordnung gerichtet, die eine
Luftpufferung des Riementriebes auf der Fläche einer Riemenscheibe verhindert. Der
Riemen ist perforiert, um Lufträume in dem festen Riementrieb zu schaffen, durch
die eine Schicht aus Luft entweichen kann.
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Das US-Patent Nr. 4,832,672 offenbart einen Vorverdichtungsriemen, der zur
Herstellung von Teileplatten verwendet wird, die vorbestimmte Perforationen besitzen,
um heißer Luft von einer Heißpresse zu ermöglichen, zu entweichen. Zusätzlich
vermeidet der perforierte Riemen weiterhin Schwierigkeiten, wie beispielsweise das
Anhaften oder das Verstreuen von Teilchen, und zwar mittels dieser Löcher.
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Das US-Patent Nr. 249,897 ist auf eine Riemen- und Riemenscheibenanordnung
gerichtet, die aus Löchern und Nuten entlang deren Oberflächen besteht, um ein freies
Entweichen von Luft zu ermöglichen. Dieses Design ermöglicht dem Riemen und der
Riemenscheibe, daß sie einen erhöhten, reibungsmäßigen Kontakt besitzen, der
durch Entfernen des dünnen Films der Luft erleichtert wird, die sich zwischen diesen
entwickeln kann.
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Das US-Patent Nr. 1,028,783 offenbart einen Motorrad-Antriebsriemen, der
verschiedene unterschiedliche Konfigurationen einsetzt, um Luft und Regenwasser zu
ermöglichen, daß sie aus dem Bereich zwischen den Antriebsriemen und den
genuteten Riemenscheiben, mit denen sie zusammenwirken, entweichen können. Die
Nuten und Zapfen statten den Riemen mit einer größeren Flexibilität und demzufolge
mehr Elastizität aus.
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Das US-Patent Nr. 455,852 ist auf einen Riemen gerichtete, der Querkanäle auf
seiner Fläche besitzt, die das Entweichen einer Schicht aus Luft erleichtern, die
zwischen einer Riemenscheiben- und Riemenfläche eingeschlossen wird. Die
Kanäle, durch die die Luft zwangsgeführt wird, verlaufen unter rechten Winkeln zu der
Länge des Riemens.
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Das US-Patent Nr. 137,224 offenbart eine Zufuhr- und Verteilungsschürze bzw. ein
-laufriemchen für Maschinen, das bei der Präparation einer Faser verwendet wird,
die aus Gummi und Gewebe hergestellt ist, auf der Nuten und Vorsprünge gebildet
werden, die die Flexibilität des Riemens erhöhen.
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Seite 9 der Ausgabe vom 24. Januar 1991 der "Machine Design" offenbart einen
Zeitsteuerriemen von der Berg, Inc. of East Rockaway, N.Y. 11518, die als ein
Merkmal auflistet, daß er ruhig ist.
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Die EP-A-0,211,730 beschreibt ein Übertragungssystem mit einem verzahnten
Riemen und einer Riemenscheibe, bei dem die Antriebsriemen perforiert sind, um zu
ermöglichen, daß Luft entweicht und demzufolge ein Geräusch reduziert wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Geräuschpegel eines Systems
mit einem verzahnten Riemen und einer Riemenscheibe zu reduzieren.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Riemenantriebssystem geschaffen, das
einen Zeitsteuerriemen umfaßt, der um voneinander beabstandete, gezahnte
Antriebs- und angetriebenen Teile geführt ist, wobei der Zeitsteuerriemen alternierend
Zähne und Täler bzw. Stege auf einer Oberfläche davon aufweist, gekennzeichnet
dadurch, daß die Zähne oder die Zähne und die Stege, zufällig gemusterte Nuten
darin umfassen, die sich im wesentlichen quer zu den Zähnen erstrecken, die
ermöglichen, daß die Luft entweichen kann, wenn die Zeitsteuerriemenzähne mit den
Zähnen des Antriebs- und angetriebenen Teils während des Betriebes des Systems
ineinandergreifen, um dadurch das Systemgeräusch zu reduzieren.
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Es ist derzeit durch Forschung herausgefunden worden, daß dann, wenn den
Lufttaschen zwischen den Zähnen der Riemen und der Riemenscheibe ermöglicht wird, in
allen Richtungen zu entweichen, die akustische Energie an der Mesh-Frequenz,
ebenso wie deren Harmonischen, minimiert werden. Der Geräuschpegel aufgrund
eines Aufpralls wird auch reduziert werden.
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Demgemäß wird ein geräuscharmer Zeitsteuerriemen offenbart, in dem Nuten über
die Zähne des Riemens eingeschnitten sind, um zu ermöglichen, daß Luft in allen
Richtungen beim Aufprallen der Zähne des Zeitsteuerriemens auf der
Riemenscheibe, auf der er befestigt ist, entweichen kann, und um ein Geräusch bei dem Prozeß
zu reduzieren.
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Ein Zeitsteuerriemensystem gemäß der Erfindung wird nun beispielhaft unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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FIG. 1 zeigt ein typisches Geräuschspektrum eines Zeitsteuerriemens nach dem
Stand der Technik.
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FIG. 2A stellt eine vergrößerte Teildraufsicht eines Zeitsteuerriemens gemäß der
vorliegenden Erfindung dar, der spiralförmige Nuten durch die Spitzen des Riemens
umfaßt.
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FIG. 2B zeigt eine vergrößerte Teilaufrißansicht des Zeitsteuerriemens der FIG. 2A,
die das Profil des Riemens darstellt.
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FIG. 2C zeigt eine vergrößerte Teildraufsicht eines Zeitsteuerriemens gemäß der
vorliegenden Erfindung, der Quernuten über die Zähne und Stege des Riemens
umfaßt.
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FIG. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die Testergebnisse darstellt, die durch
Vergleich der Geräuschpegel des Zeitsteuerriemens der FIG. 2A gegenüber einem
herkömmlichen Zeitsteuerriemen erhalten sind.
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Wenn der Luft in Taschen zwischen den Zähnen des Riemens und den
Riemenscheiben ermöglicht wird, in allen Richtungen zu entweichen, wird die akustische
Energie an der Mesh- bzw. Eingriffs-Frequenz und bei den Harmonischen minimiert
werden. Eine bevorzugte Einrichtung, um dies vorzunehmen, ist in den FIG. 2A und
2B dargstellt, die ein Zeitsteuerriementeil 10 aufweist, das einen Hauptriementeil 11
der eine Reihe oder eine Vielzahl von Spitzen oder orthogonalen Kämmen oder
Zähnen 13 darauf besitzt, denen jeweils ein Steg oder ein Tal 12 folgt, umfaßt. Die
Zähne 13 besitzen zufällig gemusterte, spiralförmig geformte Nuten 18 die dort
hindurch zu den Stegbereichen des Riemens 11 hindurchgeschnitten sind. Mit
diesem spiralförmig geformten Muster oder dieser Konfiguration der Nuten in dem Band
wird einem Geräusch ermöglicht, in allen Richtungen zu entweichen, wenn die
Zähne des Riemens mit den Zähnen der Riemenscheiben in Kontakt gelangen. Mit
5 mm HTD-Riemen zeigen Testergebnisse, wie sie in FIG. 3 dargestellt sind, eine
Geräuschverbesserung von 6 dBA (75%). Die Spiralen 18 werden nicht die Riemen
ermüden oder die Zuverlässigkeit der Antriebssysteme beeinflussen, da die meisten
Zeitsteuerriemen einen hohen Sicherheitsfaktor als ein Designparameter umfassen.
Die Ergebnisse der FIG. 3 wurden mit einem Mittenabstand (axialer Abstand
zwischen Riemenscheiben) von 220 mm, einer Spannung von 135 N und einem
Drehmoment von 0,3 Nm erhalten. In FIG. 3 ist der Geräuschpegel in dBA
gegenüber der Geschwindigkeit des Zeitsteuerriemens in M/S aufgetragen. Das Symbol
wird dazu verwendet, einen herkömmlichen Zeitsteuerriemen zu bezeichnen,
während das Symbol dazu verwendet wird, die Testergebnisse des
Zeitsteuerriemens der FIG. 2A zu bezeichnen. Nuten irgendeiner Konfiguration können
verwendet werden, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen, so lange wie sie quer zu der
Längsdimension des Riemens verlaufen.
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Eine alternative Ausführungsform eines geräuscharmen Zeitsteuerriemens ist in
FIG. 2C dargestellt, der einen Riemen 30 aufweist, der einen Hauptriementeil 31 mit
einer Vielzahl von Zähnen 35 besitzt, die orthogonal dazu vorstehen. Die Zähne 35
sind unter einem vorbestimmten Abstand voneinander durch Steg- bzw.
Talbereiche 33 beabstandet. Um das Geräusch, das durch die Zähne des
Zeitsteuerriemens erzeugt wird, der mit den Zähnen der Riemenscheiben eingreift, auf
denen der Riemen befestigt ist, zu minimieren, ist ein quer verlaufendes, zufälliges
Muster aus Nuten 36 in die Zähne und Stege eingeschnitten, die ermöglichen, daß Luft
in allen Richtungen entweicht, wenn die Zähne des Riemens und der
Riemenscheibe während des Betriebs des Zeitsteuerriemensystems ineinander eingreifen. Die
Nuten 36 erstrecken sich nicht vollständig durch die Stege 33.
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Wie leicht aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden wird, wird die
geräuscharme Funktion des Zeitsteuerriemens der vorliegenden Erfindung durch
Vorsehen von Nuten über die Zähne des Zeitsteurriemens erhalten.
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Die Erfindung ist im Detail unter besonderer Bezugnahme auf die bevorzugte
Ausführungsform davon beschrieben worden, allerdings wird verständlich werden, daß
angemessene Variationen und Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzumfang
der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann der Riemen sowohl Nuten als auch
Perforationen umfassen.