WO2008049695A1 - Rotationsscheibe mit asymmetrischen zahnlücken - Google Patents

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WO2008049695A1
WO2008049695A1 PCT/EP2007/059629 EP2007059629W WO2008049695A1 WO 2008049695 A1 WO2008049695 A1 WO 2008049695A1 EP 2007059629 W EP2007059629 W EP 2007059629W WO 2008049695 A1 WO2008049695 A1 WO 2008049695A1
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WO
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radius
curvature
rotary disc
tooth
rotary
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PCT/EP2007/059629
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Inventor
Roman Kern
Vincent Pommel
Yvonne Guckel
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Schaeffler Kg
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    • F16H55/08—Profiling
    • F16H55/084—Non-circular rigid toothed member, e.g. elliptic gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H7/02—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with belts; with V-belts
    • F16H7/023—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with belts; with V-belts with belts having a toothed contact surface or regularly spaced bosses or hollows for slipless or nearly slipless meshing with complementary profiled contact surface of a pulley

Definitions

  • the present invention relates to a rotary disk, in particular an asymmetrical configuration of the tooth gaps or the teeth of the rotary disk. Furthermore, the present invention relates to a drive device with at least one rotation disk according to the invention and a wrap-around mold with at least one rotation disk according to the invention.
  • Drive systems based on endless force-transmitting elements, such as belts or chains, and gears are widely used in industrial applications.
  • endless force-transmitting elements such as belts or chains, and gears
  • gears are widely used in industrial applications.
  • such drive systems are used, for example, for transmitting a torque from the crankshaft to the camshafts.
  • camshaft and the crankshaft In addition to the camshaft and the crankshaft, other components, such as, for example, water or fuel pumps can be driven by belts or chains. As generic term for belt and chain drives one speaks of so-called belt transmissions.
  • Trumschwingungen may be transversal, longitudinal or torsional vibrations of the force-transmitting endless element, which is excited by cyclical engine movements become.
  • the cyclic excitation of the Trumschwingung is usually carried out by a non-uniform Anthebselement of the internal combustion engine.
  • the torsional vibrations or rotational angle fluctuations of the individual driven components relative to one another are essential.
  • timing error i.e. a rotational angle of the camshaft relative to the crankshaft, and if this angular error is too great, the engine will emit emissions beyond the approved pollutant limits.
  • Uncircular gears have been proposed to compensate for these line oscillations and angular variations.
  • Uncircular gears are to be understood as those gears which do not have a circular circumferential cross-section and in which the action curve or the loop of the force-transmitting endless element is not circular.
  • the published patent application DE 10 2004 048 629 A1 describes a non-circular rotary disk of a timing drive.
  • the rotation disk has a rotation disk radius which functionally depends on the rotation angle and an average radius, the mean radius being selected so that a circumferential arc length of a rotation disk wrap curve equals the product of the predetermined distance of the centers of adjacent teeth and the number of teeth ,
  • the utility model DE 202 20 367 U1 describes a synchronous drive device with a plurality of rotors, which are coupled together by means of a force-transmitting endless element, wherein one of the rotors has a non-circular profile with at least two protruding sections which alternate with receding sections, the angular positions of the projecting and recessed portions of the non-circular profile and the extent of eccentricity of the non-circular profile are selected such that the non-circular profile an opposing fluctuating corrective torque to the force-transmitting endless element applies, which reduces or substantially reverses a fluctuating load torque of a load structure.
  • the invention has for its object to provide a rotary disk, a drive device or a belt wrap, in which or are compensated in the rotational angle fluctuations, a reduced wear of the force-transmitting endless member occurs and an improved run-up behavior of the belt or the chain is provided.
  • the rotation disk according to the invention is rotatable about an angle of rotation about an axis of rotation and has a number of teeth arranged on a circumference of the rotation disk and tooth spaces located between the teeth through the center of which a tooth space centerline runs, and further comprises a rotation disk radius which functions functionally from the rotation angle and a certain average radius and is characterized in that the tooth gaps are each asymmetrical to their corresponding tooth gap center line.
  • the tooth gap center line are each aligned substantially at the local center of curvature of the circumference of the rotary disk.
  • each tooth space center line runs through the axis of rotation or the center of the circular toothed wheel.
  • the portion of the gear between two such gaps is called sector in the context of this description.
  • tooth space contours are then distorted in such a way that they generate an increased load in the tooth base of the force-transmitting endless element. In addition, occurs on such contours increased wear.
  • the tooth space centerlines of a rotary disk of the present invention may not all be aligned with the axis of rotation, but are each directed substantially at the local center of curvature of the circumference of the rotary disk, ie, they are perpendicular to the contour of the non-circular wheel.
  • the tooth gap center lines are then usually no longer through the axis of rotation.
  • the flank contour of a tooth results from the shape of adjacent tooth spaces.
  • the head contour of the tooth results from the geometry of the contour of the action line.
  • the circumference of the rotation disk is substantially non-circular.
  • each tooth gap has a first section forming the base of the tooth gap and having a first end and a second end opposite the first end, a second section provided for forming a force-transmitting tooth flank, which adjoins connects the first end and includes a third section that connects to the second end.
  • the first section has a first direction of curvature and the second and the third section have a second direction of curvature opposite to the first direction of curvature.
  • the radius of curvature of the second portion is greater than the radius of curvature of the first portion.
  • the ratio of the radius of curvature of the second portion to the radius of curvature of the third portion is about 1.6 to 2.2.
  • the ratio of the radius of curvature of the third portion to the radius of curvature of the first portion is about 3.5 to 5.
  • the ratio of the radius of curvature of the second section to the radius of curvature of the first section is approximately 5.5 to 11.
  • a rotary disk whose tooth space profile is formed by sections having the above-described size ratios exhibits a particularly smooth and wear-free entry and exit behavior.
  • the rotation disk radius can be expressed by a harmonic development of the following form:
  • r is the mean radius herein, Sr 1 mmd runout amplitude, H 1 is a number of elevations ⁇ ⁇ a phase position, and t is a running parameter from an interval from 0 to 2 ⁇ .
  • the average radius is suitably chosen as a function of the other parameters, so that there is a desired length of the wrap-around curve of the rotary disk.
  • the number of surveys is also called order. As can be seen, a plurality of angle-dependent interfering elements of different orders can be superimposed on the middle radius. If no fault element is provided, a circular rotation disk is obtained. Accordingly, it is provided that at least one fault element is always present.
  • each parameter Sr 1 is set equal to zero, one also obtains a circular rotation disk. Accordingly, it is provided according to the invention that each parameter Sr 1 is not equal to zero.
  • a drive device comprises at least two rotary disks and a force-transmitting endless element for transmitting a torque between the rotary disks and is characterized in that at least one of the rotary disks is a rotation disk according to the invention. In this way, an increased wear of the force-transmitting endless element is avoided even in the drive device according to the invention.
  • the drive device according to the invention can be designed for use in a motor vehicle.
  • the drive device according to the invention can be designed for use in an aircraft.
  • the drive device according to the invention is a synchronous drive device.
  • the belt transmission according to the invention comprises at least two rotary disks and a force-transmitting endless element for transmitting a torque between the rotary disks and is characterized in that at least one of the rotary disks is a rotation disk according to the invention. In this way, an increased wear of the force-transmitting endless element is avoided even in the belt transmission according to the invention.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a rotation disk according to the invention with a non-circular cross-section and a-symmetrical tooth spaces.
  • Figure 2 is an enlarged view of a peripheral section of a rotary disk according to the invention, which shows a known symmetrical configuration of the tooth gaps in dashed lines and an inventive asymmetrical configuration of the tooth gaps in solid lines.
  • Figure 3 is an enlarged view of a peripheral section of a rotary disk according to the invention, which is an elevation of the embodiment of the tooth gaps according to the invention.
  • FIG. 1 shows a rotation disk 10 according to the invention, which is rotatable about a rotation axis 12. About the circumference of the rotary disc 10 are evenly distributed a number of teeth 20 provided with between the teeth 20 tooth gaps 22 are provided.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a peripheral section of the rotation disk 10 according to the invention.
  • the direction of rotation of the rotation disk 10 is denoted by ⁇ .
  • FIG. 2 shows in dashed lines 200 an arrangement of teeth 20 of a rotary disk of the prior art, in which the tooth spaces 22 are formed symmetrically.
  • the tooth spaces 22 are symmetrical in the case of the rotary disks of the prior art in each case to tooth gap center lines 30.
  • a solid line 100 the configuration of the teeth 20 and tooth gaps 22 of a rotation disk 10 according to the invention is shown.
  • the tooth gaps are each asymmetrical with respect to their respective tooth gap center line 30.
  • the asymmetrical configuration of the tooth gaps 22 has an asymmetrical shape of the teeth 20 and the illustrated displacement of the tooth profile of the rotation according to the invention. disc 10 relative to the tooth profile of a rotary disc of the prior art result.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of a peripheral section of a rotary disk 10 according to the invention, which represents an elevation of the embodiment of the tooth gaps according to the invention.
  • the profile of a tooth gap 22 is formed from a first section A, a second section B, and a third section C.
  • the intended rotation direction of the rotary disk 10 is marked with ⁇ .
  • a tooth space center line 30 extends through the middle of the tooth gap 22.
  • the tooth space center lines 30 are not all aligned with the rotation axis 12, but rather with the local center of curvature of the circumference of the rotation disk 10.
  • the profile of a tooth gap 22 is to be constructed from a fixed point 58.
  • the tooth space center line 30 extends through the fixed point 58.
  • the fixed point 58 is the center of the first section A, which runs around the fixed point 58 with a constant radius of curvature.
  • the first section 8 is bounded by a first straight line 54 and a second straight line 56.
  • the first straight line 54 includes a first angle 50 with the tooth space centerline. In a preferred embodiment, the first angle 50 may be about 55 °.
  • the first straight line 54 and the second straight line 56 include a second angle 52. In a preferred embodiment, the second angle 52 may be about 119 °.
  • the first straight line 54 intersects the first section A in a first end 40 and the second straight line 56 intersects the first section A in a second end 42.
  • ends 40 and 42 there is a continuous transition between the first section A and the second section B and the third section C, respectively.
  • the second portion B and the third portion C have a different curvature than the first portion A.
  • the endpoints 40 and 42 are thus turning points.
  • the radius of curvature of the second section B is greater than the radius of curvature of the third section C.
  • the radius of curvature of the first section may be 3.3 mm, the radius of curvature of the second section 27 mm and the radius of curvature of the third section 14 mm.
  • the ratio of the radius of curvature of the second portion to the radius of curvature of the third portion is about 1, 6 to 2.2.
  • the ratio of the radius of curvature of the third portion C to the radius of curvature of the first portion A is about 3.5 to 5.
  • the ratio of the radius of curvature of the second portion B to the radius of curvature of the first portion A is about 5.5 to 11, respectively.
  • the radius of curvature of the second portion B is greater than the radius of curvature of the third portion C, a collision of a belt member with the tooth tip of a tooth 22 can be avoided. Furthermore, the force-transmitting tooth flank formed by the second portion B is steeper on the circumference of the rotary disc 10 and thus ensures a secure transmission of force between the tooth 22 and the belt or chain element.
  • the combination of a non-circular rotation disk 10 and an asymmetric tooth gap formation provides improved entry and exit behavior without collision of the belt or chain element with the teeth 20 of the rotation disk 10.
  • a compensation of rotational angle fluctuations with reduced wear of the rotary disk 10 and the force-transmitting endless element is made possible.
  • the rotary disk 10 according to the invention is preferably used in a synchronous drive device or in a wrap-around hoist.
  • the synchronous drive device or the wrap-around hoist is preferably designed for use in a motor vehicle or in an aircraft.
  • the rotary disk 10 according to the invention can also be used independently of these applications, for example in textile or office machines.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine nicht kreisförmige Rotationsscheibe, die um eine Rotationsachse (12) in einem Drehwinkel rotierbar ist. An einem Umfang der Rotationsscheibe (10) sind Zähne (20) sowie zwischen Zähnen (20) befindliche Zahnlücken (22) angeordnet, durch deren Mitte eine Zahnlückenmittellinie (30) verläuft. Übereinstimmend sind die Zahnlücken (22) jeweils asymmetrisch zu ihrer ent- sprechenden Zahnlückenmittellinie (30) angeordnet.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Rotationsscheibe mit asymmetrischen Zahnlücken
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationsscheibe, insbesondere eine asymmetrische Ausgestaltung der Zahnlücken bzw. der Zähne der Rotationsscheibe. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Antriebsvorrichtung mit mindestens einer erfindungsgemäßen Rotationsscheibe und ein Um- schlingungsgethebe mit mindestens einer erfindungsgemäßen Rotationsscheibe.
Hintergrund der Erfindung
Antriebssysteme auf der Basis von kraftübertragenden Endloselementen, wie bspw. Riemen oder Ketten, und Zahnrädern sind in industriellen Anwendungen weit verbreitet. Insbesondere in Verbrennungsmotoren werden solche Antriebssysteme bspw. zur Übertragung eines Moments von der Kurbelwelle auf die Nockenwellen verwendet.
Neben der Nockenwelle und der Kurbelwelle können auch weitere Komponen- ten, wie bspw. Wasser- oder Kraftstoffpumpen durch Riemen oder Ketten angetrieben sein. Als Oberbegriff für Riemen- und Kettentriebe spricht man von so genannten Umschlingungsgetrieben.
Bei derartigen Antriebssystemen bzw. Umschlingungsgetrieben treten so ge- nannte Trumschwingungen auf. Bei solchen Trumschwingungen kann es sich um Transversal-, Longitudinal- oder Torsionsschwingungen des kraftübertragenden Endloselements handeln, die durch zyklische Motorbewegungen erregt werden. Die zyklische Erregung der Trumschwingung erfolgt in der Regel durch ein ungleichförmiges Anthebselement des Verbrennungsmotors.
Wesentlich sind insbesondere die Torsionsschwingungen bzw. Drehwinkel- Schwankungen der einzelnen angetriebenen Bauteile gegeneinander. Dabei tritt ein sogenannter „timing error" auf, d.h. ein Verdrehwinkel der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle. Wenn dieser Winkelfehler zu groß ist, entstehen beim Betrieb des Motors Emissionen jenseits der zugelassenen Schadstoffgrenzwerte.
Darüber hinaus tritt bei Zahnriemen aufgrund der Drehwinkelschwankungen eine ungleichmäßige Belastung auf, die Zahnriemenrisse fördert und die Lebensdauer des verwendeten Zahnriemens verringert.
Daher wurden unrunde Zahnräder vorgeschlagen, um diese Trumschwingun- gen und Drehwinkelschwankungen auszugleichen. Unter unrunden Zahnrädern sind dabei solche Zahnräder zu verstehen, die keinen kreisförmigen Umfangs- querschnitt aufweisen und bei denen die Wirkkurve bzw. der Umschlingungs- bogen des kraftübertragenden Endloselements nicht kreisförmig ist.
So beschreibt die Offenlegungsschrift DE 10 2004 048 629 A1 eine unrunde Rotationsscheibe eines Steuertriebs. Die Rotationsscheibe weist dabei einen Rotationsscheibenradius auf, der funktional von dem Drehwinkel und einem mittleren Radius abhängt, wobei der mittlere Radius so gewählt ist, dass eine umlaufende Bogenlänge einer Rotationsscheibenumschlingungskurve gleich dem Produkt aus dem vorgegebenen Abstand der Mittelpunkte benachbarter Zähne und der Anzahl der Zähne ist.
Des weiteren beschreibt die Gebrauchsmusterschrift DE 202 20 367 U1 eine Synchronantriebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Rotoren, die mittels eines kraftübertragenden Endloselements miteinander gekoppelt sind, wobei einer der Rotoren ein nicht-kreisförmiges Profil mit mindestens zwei vorstehenden Abschnitten aufweist, die sich mit rückstehenden Abschnitten abwechseln, wobei die Winkelpositionen der vorstehenden und rückstehenden Abschnitte des nicht-kreisförmigen Profils und das Ausmaß der Exzentrizität des nichtkreisförmigen Profils derart gewählt sind, dass das nicht-kreisförmige Profil ein entgegengesetztes schwankendes korrigierendes Drehmoment an das kraftübertragende Endloselement anlegt, das ein schwankendes Belastungsdreh- moment eines Belastungsaufbaus verringert oder es im wesentlichen aufhebt.
Im Betrieb dieser vorgeschlagenen Rotationsscheiben bzw. der vorgeschlagenen Synchronantriebsvorrichtungen zeigte sich, dass die Drehwinkelschwankungen zwar im wesentlichen ausgeglichen werden können, trotz allem jedoch ein hoher Riemenverschleiß auftritt. Der hohe Riemenverschleiß wiederum macht kurze Serviceintervalle notwendig und führt zu hohen Wartungskosten der betreffenden Anlagen.
Des weiteren wurde bei dem Betrieb von unrunden Rotationsscheiben zusam- men mit Rollen- bzw. Hülsenketten festgestellt, dass bei Rotationsscheiben mit sehr großen Unrundheiten ein Steg der Kette unter Umständen nicht wie vorgesehen in eine Zahnlücke gleitet, sondern von oben auf einen Zahnkopf eines der Zähne aufschlägt. Dies führt nicht nur zu einem unrunden Lauf der Kette, sondern kann die Kette oder die Rotationsscheibe beschädigen oder sogar zer- stören.
Neben den bisher eingesetzten Unrundheiten zum Ausgleichen der Drehwinkelschwankungen bedarf es somit einer Rotationsscheiben- bzw. Zahnauslegung, die Belastungsspitzen vermeidet und ein möglichst gleichmäßiges "Tragbild" im Umschlingungsbogen, d.h. dem Kontaktbereich zwischen dem Riemen bzw. der Kette und der Rotationsscheibe, bereitstellt und das Einlauf- bzw. Auslaufverhalten von den Riemen bzw. den Ketten auf den unrunden Rotationsscheiben verbessert.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationsscheibe, eine Antriebsvorrichtung oder ein Umschlingungsgethebe bereitzustellen, bei der bzw. bei dem Drehwinkelschwankungen ausgeglichen werden, ein verringerter Verschleiß des kraftübertragenden Endloselements auftritt und ein verbessertes Einlauf- bzw. Auslaufverhalten des Riemens bzw. der Kette bereitgestellt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch eine Rotationsscheibe gemäß Anspruch 1 , einer Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 12 und ein Umschlingungsgethebe gemäß Anspruch 16 gelöst.
Die erfindungsgemäße Rotationsscheibe ist um einen Drehwinkel um eine Rotationsachse rotierbar und weist eine Anzahl von an einem Umfang der Rotationsscheibe angeordneten Zähnen sowie zwischen den Zähnen befindliche Zahnlücken auf, durch deren Mitte eine Zahnlückenmittellinie verläuft, und um- fasst des weiteren einen Rotationsscheibenradius, der funktional von dem Drehwinkel und einem bestimmten mittleren Radius abhängt und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnlücken jeweils asymmetrisch zu ihrer entsprechenden Zahnlückenmittellinie sind.
Durch die asymmetrische Auslegung der Zahnlücken und die daraus resultierende ebenfalls asymmetrische Gestaltung der Zähne ist es möglich, das Profil der Zahnlücken so zu ändern und auf die Unrundheit der Rotationsscheibe abzustimmen, dass das kraftübertragende Endloselement, bspw. eine Kette, während des Ein- bzw. Auslaufens nicht mit einem der Zähne kollidiert.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die Zahnlückenmittellinie jeweils im wesentlichen auf den lokalen Krümmungsmittelpunkt des Umfangs der Rotationsscheibe ausgerichtet sind.
Es hat sich gezeigt, dass die Ursache für den hohen Verschleiß der kraftübertragenden Endloselemente bei den Rotationsscheiben des Standes der Technik von großen Kraftspitzen hervorgerufen wird, die von den Zahnradzähnen auf das Endloselement ausgeübt werden. Der Grund hierfür ist die Ausrichtung und Profilierung der kreisrunden Zahnräder des Standes der Technik.
Bei einem kreisrunden Zahnrad sind die zwischen den Zähnen befindlichen Zahnlücken jeweils zu ihrer entsprechenden Zahnlückenmittellinie symmetrisch. Bei kreisrunden Zahnrädern verläuft jede Zahnlückenmittellinie durch die Rotationsachse bzw. den Mittelpunkt des kreisrunden Zahnrads. Der Abschnitt des Zahnrads zwischen zwei solchen Zahnlückenmittellinien wird im Rahmen dieser Beschreibung Sektor genannt.
Bei einem kreisrunden Zahnrad sind alle Sektoren identisch. Durch Aneinan- dersetzen der Sektoren erhält man ein kreisrundes Zahnrad. Dabei weisen die Zahnlücken eine kontinuierliche Oberfläche ohne mit tangentialen Übergängen versehenen Unstetigkeiten zwischen den Sektoren auf.
Bei den nicht-kreisförmigen oder unrunden Zahnrädern wurde bisher bei der Auslegung ebenfalls festgesetzt, dass sämtliche Zahnlückenmittellinien durch die Rotationsachse des Zahnrades verlaufen müssen. Bei derartigen Zahnrädern können jedoch nicht einfach identische Sektoren aneinandergesetzt wer- den. Vielmehr müssen die Sektoren um ein gewisses Maß verzerrt werden, um die einzelnen Sektoren entlang des nicht-kreisförmigen Umfangs aneinander- zusetzen.
Die Zahnlückenkonturen werden dann jedoch so verzerrt, dass sie im Zahn- grund des kraftübertragenden Endloselements eine erhöhte Belastung erzeugen. Darüber hinaus tritt an derartigen Konturen ein erhöhter Verschleiß auf.
Daher können die Zahnlückenmittellinien einer Rotationsscheibe der vorliegenden Erfindung nicht alle auf die Rotationsachse ausgerichtet sein, sondern sind jeweils im wesentlichen auf den lokalen Krümmungsmittelpunkt des Umfangs der Rotationsscheibe gerichtet, d.h. sie stehen senkrecht auf der Kontur des unrunden Rades. Die Zahnlückenmittellinien verlaufen dann in der Regel nicht mehr durch die Rotationsachse. Durch die gleich gehaltenen Zahnlücken wird dann die asymmetrische Zahngeomethe bestimmt. Die Flankenkontur eines Zahns ergibt sich aus der Form benachbarter Zahnlücken. Die Kopfkontur des Zahns ergibt sich aus der Geometrie der Kontur der Wirklinie.
Durch diese Ausrichtung der Zahnlückenmittellinien auf die jeweiligen lokalen Krümmungsmittelpunkte werden Zahnlückengeometrien mit kontinuierlichen Übergängen zwischen den Sektoren in den Zahnlücken erzeugt. Des weiteren wird so das Problem des erhöhten Verschleißes vermieden. Der Ein- und Auslauf des kraftübertragenden Endloselements erfolgt reibungs- und verschleißre- duziert, da die Pressung aufgrund der Kraftübertragung von den Zähnen auf das kraftübertragende Endloselement nun gleichmäßig verteilt ist und Kraftspitzen vermieden werden. Auf diese Weise stellt die erfindungsgemäße Rotationsscheibe einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik bereit.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Umfang der Rotationsscheibe im wesentlichen unrund ist.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Profil jeder Zahnlü- cke einen den Grund der Zahnlücke bildenden ersten Abschnitt, der ein erstes Ende und ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende aufweist, ein zur Ausbildung einer kraftübertragenden Zahnflanke vorgesehen zweiten Abschnitt, der sich an das erste Ende anschließt, und einen dritten Abschnitt um- fasst, der sich an das zweite Ende anschließt.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt eine erste Krümmungsrichtung aufweist und der zweite und der dritte Abschnitt eine zu der ersten Krümmungsrichtung entgegengesetzte zweite Krümmungsrichtung aufweisen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Krümmungsradius des zweiten Abschnitts größer als der Krümmungsradius des ersten Abschnitts. Durch eine derartige Ausgestaltung des Profils der Zahnlücken und die daraus resultierende Form der Zähne der Rotationsscheibe, wird eine vorteilhafte Zahnform erlangt, die ein verbessertes Ein- bzw. Auslaufverhalten insbesondere von Rollen- bzw. Hülsenketten ermöglicht.
Durch den relativ kleinen Krümmungsradius des dritten Abschnitts des Zahnlückenprofils wird erreicht, dass die Kette nicht an einer Kante des Zahnkopfs hängenbleibt. Gleichzeitig wird dadurch ein größerer Krümmungsradius in dem die kraftübertragende Zahnflanke bildenden zweiten Abschnitt des Zahnlücken- profus ermöglicht. Die kraftübertragende Zahnflanke steht somit steiler auf dem Umfang der Rotationsscheibe. Dadurch wird ein sicherer Kontakt zwischen der Rotationsscheibe und dem kraftübertragenden Endloselement sichergestellt, und darüber hinaus eine gleichmäßigere und verschleißreduzierte Kraftübertragung gewährleistet.
In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt das Verhältnis des Krümmungsradius des zweiten Abschnitts zu dem Krümmungsradius des dritten Abschnitts in etwa 1 ,6 bis 2,2.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt das Verhältnis des Krümmungsradius des dritten Abschnitts zu dem Krümmungsradius des ersten Abschnitts in etwa 3,5 bis 5.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis des Krümmungsradi- us des zweiten Abschnitts zu dem Krümmungsradius des ersten Abschnitts in etwa 5,5 bis 11 beträgt.
Es hat sich gezeigt, dass eine Rotationsscheibe, deren Zahnlückenprofil durch Abschnitte mit den voranstehend beschriebenen Größenverhältnissen ausge- bildet ist, ein besonders ruhiges und verschleißfreies Ein- bzw. Auslaufverhalten zeigt. In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Rotationsscheibenradius durch eine harmonische Entwicklung der folgenden Form ausdrückbar ist:
r(t) = rmmel + ∑ Sr1 cos(n,t + φ, ) ,
wobei hierin rmmd der mittlere Radius, Sr1 eine Unrundheitsamplitude, H1 eine Anzahl der Erhebungen, φι eine Phasenlage, und t ein Laufparameter aus einem Intervall von 0 bis 2π ist. Der mittlere Radius wird dabei in Abhängigkeit der übrigen Parameter geeignet gewählt, so dass sich eine gewünschte Länge der Umschlingungskurve der Rotationsscheibe ergibt. Die Anzahl der Erhebungen wird auch als Ordnung bezeichnet. Wie zu erkennen ist, können dem mittleren Radius auch mehrere winkelabhängige Störglieder verschiedener Ordnungen überlagert werden. Ist kein Störglied vorgesehen, erhält man eine kreisrunde Rotationsscheibe. Entsprechend ist vorgesehen, dass stets mindestens ein Störglied vorhanden ist.
Wird jeder Parameter Sr1 gleich Null gesetzt, erhält man ebenfalls eine kreisrunde Rotationsscheibe. Entsprechend ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder Parameter Sr1 ungleich Null ist.
Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung umfasst mindestens zwei Rotationsscheiben und ein kraftübertragendes Endloselement zum Übertragen eines Moments zwischen den Rotationsscheiben und ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rotationsscheiben eine erfindungsgemäße Rotati- onsscheibe ist. Auf diese Weise wird auch bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ein erhöhter Verschleiß des kraftübertragenden Endloselements vermieden.
Des weiteren kann die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Alternativ kann die erfindungsgemäße Antriebsvorhchtung zum Einsatz in einem Luftfahrzeug ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eine Synchronantriebsvorrichtung.
Das erfindungsgemäße Umschlingungsgetriebe umfasst mindestens zwei Rotationsscheiben und ein kraftübertragendes Endloselement zum Übertragen eines Moments zwischen den Rotationsscheiben und ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rotationsscheiben eine erfindungsgemäße Rotationsscheibe ist. Auf diese Weise wird auch bei dem erfindungsgemäßen Umschlingungsgetriebe ein erhöhter Verschleiß des kraftübertragenden Endloselements vermieden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt dabei:
Figur 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Rotati- onsscheibe mit nicht-kreisförmigem Querschnitt und a- symmetrischen Zahnlücken. Figur 2 eine vergrößerte Ansicht eines Umfangsausschnitts einer erfindungsgemäßen Rotationsscheibe, die eine bekannte symmetrische Ausgestaltung der Zahnlücken in gestrichelten Linien und eine erfindungsgemäße asymmetrische Ausgestaltung der Zahnlücken in durchgezogenen Linien zeigt.
Figur 3 eine vergrößerte Ansicht eines Umfangsausschnitts einer erfindungsgemäßen Rotationsscheibe, die einen Aufriss der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Zahnlücken darstellt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Rotationsscheibe 10, die um eine Rotationsachse 12 rotierbar ist. Über den Umfang der Rotationsscheibe 10 sind gleichmäßig verteilt eine Anzahl von Zähnen 20 mit zwischen den Zähnen 20 befindlichen Zahnlücken 22 vorgesehen.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Umfangsausschnitts der erfindungsgemäßen Rotationsscheibe 10. Die Drehrichtung der Rotationsscheibe 10 ist dabei mit ω bezeichnet. Figur 2 zeigt dabei in gestrichelten Linien 200 eine Anordnung von Zähnen 20 einer Rotationsscheibe des Standes der Technik, bei der die Zahnlücken 22 symmetrisch ausgebildet sind. Die Zahnlücken 22 sind bei den Rotationsscheiben des Standes der Technik dabei jeweils zu Zahnlückenmittellinien 30 symmetrisch.
Demgegenüber ist in einer durchgezogenen Linie 100 die Ausgestaltung der Zähne 20 bzw. Zahnlücken 22 einer erfindungsgemäßen Rotationsscheibe 10 dargestellt. Erfindungsgemäß sind die Zahnlücken jeweils zu ihrer entsprechenden Zahnlückenmittellinie 30 asymmetrisch. Die asymmetrische Ausgestaltung der Zahnlücken 22 hat eine asymmetrische Form der Zähne 20 und die dargestellte Verschiebung des Zahnprofils der erfindungsgemäßen Rotations- scheibe 10 gegenüber dem Zahnprofil einer Rotationsscheibe des Standes der Technik zu Folge.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Umfangsausschnitts einer erfin- dungsgemäßen Rotationsscheibe 10 die einen Aufriss der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Zahnlücken darstellt.
Das Profil einer Zahnlücke 22 ist aus einem erstem Abschnitt A, einem zweiten Abschnitt B, und einem dritten Abschnitt C gebildet. Die vorgesehene Rotati- onsrichtung der Rotationsscheibe 10 ist mit ω gekennzeichnet.
Durch die Mitte der Zahnlücke 22 verläuft eine Zahnlückenmittellinie 30. Die Zahnlückenmittellinien 30 sind dabei nicht alle auf die Rotationsachse 12, sondern jeweils auf den lokalen Krümmungsmittelpunkt des Umfangs der Rotati- onsscheibe 10 ausgerichtet.
Das Profil einer Zahnlücke 22 ist von einem Fixpunkt 58 aus zu konstruieren. Die Zahnlückenmittellinie 30 verläuft durch den Fixpunkt 58. Der Fixpunkt 58 ist der Mittelpunkt des ersten Abschnitts A, der mit einem konstanten Krümmungs- radius um den Fixpunkt 58 verläuft. Der erste Abschnitt 8 wird von einer ersten Geraden 54 und einer zweiten Geraden 56 begrenzt. Die erste Gerade 54 schließt mit der Zahnlückenmittellinie einen ersten Winkel 50 ein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der erste Winkel 50 in etwa 55° betragen. Die erste Gerade 54 und die zweite Gerade 56 schließen einen zweiten Winkel 52 ein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zweite Winkel 52 etwa 119° betragen.
Die erste Gerade 54 schneidet den ersten Abschnitt A in einem ersten Ende 40 und die zweite Gerade 56 schneidet den ersten Abschnitt A in einem zweiten Ende 42.
In den Enden 40 und 42 liegt ein kontinuierlicher Übergang zwischen dem ersten Abschnitt A und dem zweiten Abschnitt B bzw. dem dritten Abschnitt C vor. Der zweite Abschnitt B und der dritte Abschnitt C weisen jedoch eine andere Krümmung als der erste Abschnitt A auf. Die Endpunkte 40 und 42 sind somit Wendepunkte.
Erfindungsgemäß ist der Krümmungsradius des zweiten Abschnitts B größer als der Krümmungsradius des dritten Abschnitts C. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Krümmungsradius des ersten Abschnitts 3,3 mm, der Krümmungsradius des zweiten Abschnitts 27 mm und der Krümmungsradius des dritten Abschnitts 14 mm betragen.
Generell ist es möglich, die erfindungsgemäße Rotationsscheibe beliebig zu skalieren. Das Verhältnis des Krümmungsradius des zweiten Abschnitts zu dem Krümmungsradius des dritten Abschnitts beträgt dabei etwa 1 ,6 bis 2,2. Das Verhältnis des Krümmungsradius des dritten Abschnitts C zu dem Krümmungs- radius des ersten Abschnitts A beträgt in etwa 3,5 bis 5. Das Verhältnis des Krümmungsradius des zweiten Abschnitts B zu dem Krümmungsradius des ersten Abschnitts A beträgt entsprechend etwa 5,5 bis 11.
Dadurch, dass der Krümmungsradius des zweiten Abschnitts B größer als der Krümmungsradius des dritten Abschnitts C gewählt ist, kann eine Kollision eines Riemen- bzw. Kettenelements mit dem Zahnkopf eines Zahns 22 vermieden werden. Des weiteren steht die kraftübertragende Zahnflanke, die durch den zweiten Abschnitt B gebildet ist, steiler auf dem Umfang der Rotationsscheibe 10 und gewährt so eine sichere Kraftübertragung zwischen dem Zahn 22 und dem Riemen- bzw. Kettenelement.
Durch die Kombination einer unrunden Rotationsscheibe 10 und einer asymmetrischen Zahnlückenausbildung wird ein verbessertes Ein- bzw. Auslaufverhalten ohne Kollision des Riemen- bzw. Kettenelements mit den Zähnen 20 der Rotationsscheibe 10 bereitgestellt. So wird ein Ausgleich von Drehwinkelschwankungen bei vermindertem Verschleiß der Rotationsscheibe 10 und des kraftübertragenden Endloselements ermöglicht. Die erfindungsgemäße Rotationsscheibe 10 wird vorzugsweise in einer Synchronantriebsvorrichtung oder in einem Umschlingungsgethebe eingesetzt. Die Synchronantriebsvorrichtung bzw. das Umschlingungsgethebe ist vorzugsweise zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug oder in einem Luftfahrzeug ausgebildet. Die erfindungsgemäße Rotationsscheibe 10 ist jedoch auch unabhängig von diesen Anwendungen einsetzbar, bspw. auch in Textil- oder Büromaschinen.
Bezugszeichenliste
10 Rotationsscheibe
12 Rotationsachse 20 Zähne
22 Zahnlücken
30 Zahnlücken-Mittellinien
40 erstes Ende des ersten Abschnitts
42 zweites Ende des ersten Abschnitts 50 erster Winkel zwischen erster Geraden und Zahnlückenmittellinie
52 zweiter Winkel zwischen erster Geraden und zweiter Geraden
52 erste Gerade
56 zweite Gerade
58 Fixpunkt 100 Profillinie einer erfindungsgemäßen Zahnlückenauslegung
200 Profillinie einer Zahnlückenauslegung des Standes der Technik
ω Drehrichtung
A erster Abschnitt
B zweiter Abschnitt
C dritter Abschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Rotationsscheibe, die um einen Drehwinkel um eine Rotationsachse (12) rotierbar ist, mit einer Anzahl von an einem Umfang der Rotationsscheibe (10) angeordneten Zähnen (20) sowie zwischen den Zähnen befindlichen
Zahnlücken (22), durch deren Mitte eine Zahnlückenmittellinie (30) verläuft, und einem Rotationsscheibenradius, der funktional von dem Drehwinkel und einem bestimmten mittleren Radius abhängt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zahnlücken (22) jeweils asymmetrisch zu ihrer entsprechenden Zahnlückenmittellinie (30) sind.
2. Rotationsscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnlückenmittellinien (30) jeweils im wesentlichen auf den lokalen Krümmungsmittelpunkt des Umfangs der Rotationsscheibe (10) ausgerichtet sind.
3. Rotationsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil jeder Zahnlücke (22) einen den Grund der Zahnlücke bildenden ersten Abschnitt (A), der ein erstes Ende (40) und ein dem ersten Ende (40) entgegengesetztes zweites Ende (42) aufweist, einen zur Ausbildung einer kraftübertragenden Zahnflanke vorgesehenen zweiten Abschnitt (B), der sich an das erste Ende (40) anschließt, und einen dritten Abschnitt (C) umfasst, der sich an das zweite Ende (42) anschließt.
4. Rotationsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (A) eine erste Krümmungsrichtung aufweist und der zweite (B) und der dritte (C) Abschnitt eine zu der ersten Krümmungsrichtung entgegenge- setzte zweite Krümmungsrichtung aufweisen.
5. Rotationsscheibe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius des zweiten Abschnitts (B) größer als der Krümmungsradius des dritten Abschnitts (C) ist.
6. Rotationsscheibe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass das Verhältnis des Krümmungsradius des zweiten Abschnitts (B) zu dem Krümmungsradius des dritten Abschnitts (C) in etwa 1 ,6 bis 2,2 beträgt.
7. Rotationsscheibe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Krümmungsradius des dritten Abschnitts (C) zu dem Krümmungsradius des ersten Abschnitts (A) in etwa 3,5 bis 5 beträgt.
8. Rotationsscheibe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Krümmungsradius des zweiten Abschnitts (B) zu dem Krümmungsradius des ersten Abschnitts (A) in etwa 5,5 bis 11 beträgt.
9. Rotationsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der Rotationsscheibe (10) im wesentlichen unrund ist.
10. Rotationsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsscheibenradius durch eine harmonische Entwicklung der folgenden Form ausdrückbar ist:
r(t) = rmmel + ∑δrι cos(nιt + φι ) ,
wobei hierin ist: rmιttei = mittlere Radius,
Sr1 = eine Unrundheitsamplitude,
H1 = Anzahl der Erhebungen, φx = eine Phasenlage, und t = ein Laufparameter aus einem Intervall von 0 bis 2π.
11. Rotationsscheibe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsscheibe (10) eine konzentrischen Kreisfläche aufweist, die von den Zahnlückensymmetrieachsen (30), die nicht durch die Rotationsachse (12) verlaufen, nicht durchkreuzt ist.
12. Antriebsvorrichtung, mit mindestens zwei Rotationsscheiben (10) und einem kraftübertragenen Endloselement zum Übertragen einer Kraft zwischen den Rotationsscheiben (10), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rotationsscheiben (10) eine Rotationsscheibe (10) nach einem der An- Sprüche 1 bis 11 ist.
13. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12, die zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
14. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12, die zum Einsatz in einem Luftfahrzeug ausgebildet ist.
15. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, die eine Synchronantriebsvorrichtung ist.
16. Umschlingungsgethebe, mit mindestens zwei Rotationsscheiben (10) und einem kraftübertragenen Endloselement zum Übertragen einer Kraft zwischen den Rotationsscheiben (10), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rotationsscheiben (10) eine Rotationsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.
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