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Riemengetriebe Während die meisten Gebiete der Technik wissenschaftlich
erforscht und auf Grund der Forschung weiter vervollkommnet sind, ist auf dem Gebiet
der Riemengetriebe, d. h. der einfachen Riemenscheiben, seit langer Zeit kein Fortschritt
festzustellen. Es ist lediglich bekannt, der Riemenscheibenoberfläche eine Wölbung
zu geben, d. h. ballig gedrehte Riemenscheiben zu verwenden, um beim Lauf den Riemen
in Scheibenmitte zu halten. Die in der Praxis befindlichen Riemenscheiben mit gewölbter
Lauffläche für den Riemen weisen eine verhältnismäßig starke Wölbung auf. Diese
bekannte starke Wölbung, mit anderen Worten, der verhältnismäßig große Unterschied
zwischen den Scheibendurchmessern in der Scheibenmitte und an der Scheibenseite,
der bisher 2 bis ro und mehr Millimeter betrug, hat den schwerwiegenden Nachteil,
daß der Treibriemen äußerst stark beansprucht wird und infolgedessen eine nur kurze
Lebensdauer aufweist. Berücksichtigt man, daß eine ballig gedrehte Riemenscheibe
an jeder Stelle ihres Umfangs eine verschiedene Geschwindigkeit aufweist und daß
der einheitliche Treibriemen nur eine dieser verschiedenen Geschwindigkeiten annehmen
kann, so erkennt man, daß an den meisten Berührungsstellen zwischen Riemenscheibe
und Treibriemen ein dauerndes Schleifen eintritt, durch welches der Riemen ungeheuer
beansprucht wird.
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Die Spannungen im Riemen sind einer dauernden Richtungsänderung unterworfen.
Die Spannungen, die sich bei geradem oder ebenem Verlauf des Riemens zwischen den
beiden Scheiben im Riemen außen befinden, steigen in der Riemenmitte an, sobald
der
Riemen auf die ballig gedrehte Scheibe aufläuft. Aber auch im
Riemenquerschnitt findet eine dauernde Spannungsverlagerung statt. Beim Auflaufen
des Riemens auf eine Scheibe werden die äußeren Fasern des Riemens weit mehr gedehnt
und auf Zug beansprucht als die innen an der Scheibe anliegenden Fasern. Jeder Treibriemen
ist daher beim Laufen um eine ballig gedrehte Scheibe Verformungen in jeder Richtung
ausgesetzt. Das gleiche ist der-Fall, wenn die Wölbung des Scheibenumfangs durch
eine satteldachähnliche Form ersetzt ist. Zu diesen Nachteilen kommt noch derjenige
der verringerten Kraftübertragung hinzu.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Riemengetriebe derart
auszubilden, daß der Treibriemen geschont und daß der zwischen Riemenscheibe und
Riemen stets auftretende Schlupf auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist, um ein Maximum
an Riemenlebensdauer und an Kraftübertragung zu erhalten. Die erfindungsgemäße Lösung
dieser Aufgabe ist durch die nachstehend angegebenen neuen Merkmale gekennzeichnet.
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Die konvexe Wölbung oder die Wölbungshöhe der Riemenscheiben ist gegenüber
dem bisher üblichen Maß erheblich herabgesetzt worden. Unter Wölbungshöhe wird der
halbe Unterschied zwischen dem größten und dem kleinsten Durchmesser einer Scheibe
verstanden. Die Summe der Wölbungshöhen der von einem Riemen berührten Scheiben
beträgt etwa i mm oder weniger. Diese Summe ist unabhängig von der Größe der Scheiben,
d. h. es ist gleichgültig; ob die Scheiben einen großen öder kleinen Durchmesser
besitzen. Diese Summe nimmt ferner mit abnehmender Breite des Riemens bzw. der Scheiben
ab, d. h. wenn die Summe der Wölbungshöhen bei Vorhandensein breiter Riemenscheiben
und eines entsprechend breiten Riemens beispielsweise i mm beträgt, dann beträgt
diese Summe bei schmalen Riemenscheiben und entsprechend schmalen Riemen beispielsweise
nur noch o,2 mm.
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Die Summe der Wölbungshöhen ist entsprechend dem prozentualen Verhältnis
der Scheibenmittendurchmesser geteilt und auf die Scheiben verteilt.
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Die Wölbungen befinden sich nur an den Seiten der in ihrem Mittelteil
zylindrischen Scheibe, so daß man von ballig zylindrischen Scheiben sprechen könnte.
Die Breite des zylindrischen Scheibenteils verhält sich zur Gesamtbreite der Scheibe
-etwa wie -3: 5.
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Je nach der besonderen Art des Antriebs z. B. bei in waagerechter
Ebene- umlaufenden Scheiben kann der zylindrische Scheibenteil auch exzentrisch
zur Scheibenmittenebene liegen.
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Von den Antriebsverhältnissen hängt auch die Größe der Summe der Wölbungshöhen
ab. Bei starr gelagerten und genau rund laufenden Riemenscheiben kann diese Summe
kleiner sein als bei weniger günstigen Antriebsverhältnissen. Vorzugsweise sind
die Scheiben mit gehärteten Riemenlaufflächen versehen.
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Diese Merkmale tragen einzeln und in ihrer jeweiligen Vereinigung
zu dem erreichten technischen Fortschritt auf dem Gebiet der Riemengetriebe bei.
j Durch das geringe Ausmaß der Wölbung- nach der Erfindung ist die am Riemen auftretende
Verformung auf ein Mindestmaß beschränkt; trotzdem ist ein Riemenlauf in der Scheibenmitte
gewährleistet, wie durch umfangreiche Versuche festgestellt wurde. Durch die neue
kleine Wölbung, die sich nur seitlich an den Scheiben befindet, ist in Verbindung
mit dem zylindrischen Scheibenmittelteil erreicht worden, daß der auftretende Schlupf
minimal, die Kraftübertragung aber maximal ist.
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Der Übergang vom zylindrischen Scheibenmittelteil zu den gewölbten
Seitenteilen erfolgt sanft und kaum merkbar. An der Übergangsstelle bildet im Scheibenquerschnitt
gesehen die Begrenzungslinie des zylindrischen Teils die Tangente an den Wölbungskreis.
Mit anderen Worten, die Mittelpunkte der Wölbungshalbmesser liegen in den Ebenen,
die den zylindrischen Scheibenteil zwischen sich einschließen, also senkrecht zur
Scheibenachse verlaufen. Es sei hier erwähnt, daß die gewölbten Scheibenseitenteile
auch durch Kegelflächen gebildet sein können, wenn die genaue Herstellung der Wölbung
Schwierigkeiten bereitet. Diese Kegelfläche könnte auf jeder Scheibenseite in zwei
oder drei Teilkegelflächen mit verschiedenem Neigungswinkel aufgeteilt sein.
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Um die erfindungsgemäße prozentuale Verteilung der Gesamtwölbungshöhe
auf die Riemenscheiben im Verhältnis ihrer Durchmesser verständlich zu machen, wird
nachstehend ein Rechnungsbeispiel angegeben. Dabei ist von der Ilauptregel ausgegangen,
daß die Wölbungshöhenanteile der treibenden und der getriebenen Scheibe zusammen
bei jedem Übersetzungsverhältnis ioo 0/0 betragen.
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Es sei angenommen, die treibende Scheibe weise einen Durchmesser Dl
= i20 mm, die getriebene Scheibe einen Durchmesser DZ = 450 mm auf. Die Riemenbreite
betrage 8o mm, während die Scheibenbreite ioo mm beträgt.
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Dann wird folgende Rechnung für die Wölbungshöhenanteile aufgestellt:
Di -E- DZ
= ioo 0/0
| i20 mm + 45o mm = 57o mm |
| 570 mnz = ioo % Wölbungshöhen- |
| anteile |
| i mm = 0,175 % Wölbungshöhen- |
| anteile |
Wölbungshöhenanteil für die treibende Scheibe: D, = i20 X 0,175 0/0 = 21 % Wölbungshöhenanteil
für die getriebene Scheibe: D2 = 450 X 0,175 0/0 = 79 %.
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Bei der angenommenen Riemen- und Scheibenbreite betragen ioo 0/0 Wölbungshöhenanteile
beispielsweise- 0,4 mm. Dabei ergibt sich für den Wölbungshöhenanteil der treibenden
Scheibe rund o,= mm und für den Wölbungshöhenanteil der getriebenen Scheibe rund
0,3 mm. Mit diesen Wölbungen werden die beiden Scheiben hergestellt. Sind
die beiden Riemenscheiben gleich groß, dann erhält jede der beiden Scheiben 50 %
der Gesamtwölbung.
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Muß bei dem Riemenscheibenpaar eines Getriebes die eine Scheibe vollständig
zylindrisch sein, dann erhält die zweite Scheibe die vollen ioo 0/OderWölbung.
Enthält
das Riemengetriebe eine treibende Scheibe und gleichzeitig zwei angetriebene Scheiben,
dann sind die ioo °/a Wölbungshöhenanteile wiederum im Verhältnis der Durchmesser
der vorhandenen drei Scheiben zuzuteilen. Wenn die treibende Scheibe einen Durchmesser
von 50 mm besitzt und die beiden getriebenen Scheiben je einen Durchmesser
von 25 mm aufweisen, dann erhält die treibende Scheibe 50 °/a und die getriebenen
Scheiben je 25 °/o Wölbungshöhenanteile. Sind mehr als drei Scheiben vorhanden,
dann sind die ioo °/o Wölbungshöhenanteile entsprechend auf alle vorhandenen Scheiben
zu verteilen.
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Die Verteilung der Wölbung auf die Scheiben ist unabhängig von den
Scheibendurchmessern. Das Maß der Wölbung hängt von der Riemen- bzw. Scheibenbreite
ab und vom Übersetzungsverhältnis. Die einmal festgestellte Größe der Wölbung bleibt
die gleiche, ob die Scheiben im Durchmesser klein oder groß sind.
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Bei der ballig zylindrischen Riemenscheibe liegt normalerweise der
zylindrische Scheibenteil genau in der Mitte der Scheibenbreite. Dieser zylindrische
Scheibenteil kann auch seitlich versetzt zur Scheibenmittelebene liegen, wenn bei
dem Riemengetriebe besondere Verhältnisse vorliegen. Als Beispiel sei erwähnt, daß
man bei fliegend angeordneten Riemenscheiben den zylindrischen Scheibenteil nach
der freien Scheibenseite zu versetzt. Allgemein gesagt, findet diese Versetzung
des zylindrischen Scheibenteils immer derart statt, daß der Riemen unter allen Umständen
in Scheibenmitte läuft. Diese exzentrische Anordnung des zylindrischen Scheibenmittelteils
kommt besonders auch bei Riemenscheiben mit senkrecht stehenden Wellen in Betracht,
wo dem Durchhang des Riemens in seiner Hochkantlage Rechnung getragen werden muß.
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Überhaupt sind bei einem Riemengetriebe die gesamten Verhältnisse
zu berücksichtigen, beispielsweise die Starrheit der Riemenscheibenlagerung, die
Genauigkeit des Rundlaufs der Scheiben u. dgl. Hier gilt die Regel, daß die Summe
der vorhandenen Wölbungshöhen um so kleiner gewählt werden kann, je günstiger die
Antriebsverhältnisse sind.
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Eine weitere Verbesserung der Riemengetriebe wird noch durch die Verwendung
gehärteter Riemenlaufflächen erhalten, was insbesondere für Betriebe mit staubhaltiger
Luft in Betracht kommt, beispielsweise beim Antrieb von Schleifmaschinen u. dgl.
Vorteilhafterweise wird die gesamte Riemenlauffläche geschliffen, wobei die gewölbten
Teile gleichfalls konvex gewölbt zu schleifen sind.