WO2022268678A1

WO2022268678A1 - Riementrieb und zahnriemen mit zahnseitigen vorsprüngen

Info

Publication number: WO2022268678A1
Application number: PCT/EP2022/066668
Authority: WO
Inventors: Detlef MOHRMANN
Original assignee: Arntz Beteiligungs Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2022-06-20
Publication date: 2022-12-29
Also published as: DE102021115976A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt einen Riementrieb mit mindestens einer ersten Riemenscheibe mit einem Zahnkranz, wobei der Zahnkranz eine Vielzahl von Zähnen mit Zahnkopf aufweist, und wobei benachbarte Zähne des Zahnkranzes einen Zahngrund ausbilden, die Zähne auf dem äußeren Umfang der Zahnscheibe ausgebildet sind und die Riemenscheibe zur Verwendung mit einem Zahnriemen als Antriebsriemen ausgestaltet ist, jeder Zahn des Zahnkranzes weist eine axiale Zahnbreite und eine radiale Zahnhöhe auf und jeder Zahn ist konfiguriert, um von benachbarten Zähnen des Antriebsriemen aufgenommen zu werden, wobei mindestens der zwischen den Zähnen des Zahnkranzes ausgebildete Zahngrund mindestens eine Ausnehmung aufweist, in die sich auf dem Zahnkopf der Zähne des Zahnriemens vorliegende Vorsprünge erstrecken können. Darüber hinaus richtet sich die vorliegende Anmeldung auf einen Riementrieb mit einem Zahnriemen mit einer Vielzahl von Zähnen zur Kraftübertragung zur Riemenscheibe, wobei auf den Zahnköpfen des Zahnriemens Vorsprünge ausgebildet sind, die derart konfiguriert sind, dass sie in Ausnehmungen unterhalb des Zahngrunds der Riemenscheibe eingreifen können. Diese Riementriebe sind insbesondere für Fahrzeuge, wie einem Fahrrad, geeignet.

Description

Riementrieb und Zahnriemen mit zahnseitigen Vorsprüngen

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt einen Riementrieb mit mindestens einer ersten Riemenscheibe mit einem Zahnkranz, wobei der Zahnkranz eine Vielzahl von Zähnen mit Zahnkopf aufweist, und wobei benachbarte Zähne des Zahnkranzes einen Zahngrund ausbilden, die Zähne auf dem äußeren Umfang der Zahnscheibe ausgebildet sind und die Riemenscheibe zur Verwendung mit einem Zahnriemen als Antriebsriemen ausgestaltet ist, jeder Zahn des Zahnkranzes weist eine axiale Zahnbreite und eine radiale Zahnhöhe auf und jeder Zahn ist konfiguriert, um von benachbarten Zähnen des Antriebsriemens aufgenommen zu werden, wobei mindestens der zwischen den Zähnen des Zahnkranzes ausgebildete Zahngrund mindestens eine Ausnehmung aufweist, in die sich auf dem Zahnkopf der Zähne des Zahnriemens vorliegende Vorsprünge erstrecken können. Darüber hinaus richtet sich die vorliegende Anmeldung auf einen Riementrieb mit einem Zahnriemen mit einer Vielzahl von Zähnen zur Kraftübertragung zur Riemenscheibe, wobei auf den Zahnköpfen des Zahnriemens Vorsprünge ausgebildet sind, die derart konfiguriert sind, dass sie in Ausnehmungen unterhalb des Zahngrunds der Riemenscheibe eingreifen können. Diese Riementriebe sind insbesondere für Fahrzeuge, wie einem Fahrrad, geeignet.

Stand der Technik

Zahnriemen mit einer Vielzahl von Zähnen zur Kraftübertragung mittels Riemenscheiben sind seit langem bekannt und werden beispielsweise in Fahrzeugen, wie Fahrrädern, eingesetzt, um die Tretbewegung von der Tretkurbel auf das angetriebene Flinterrad zu übertragen. Zahnriementriebe finden sich z. B. bei Motorrädern als auch Fahrrädern, die mit Muskelkraft und/oder mit Elektromotorunterstützung betrieben werden.

Im Kraftübertragungsbereich durch Zahnriemen stellt die Neigung von Riemen zum „Überspringen“ bei Unterspannung und/oder Überlast zu verhindern oder zumindest zu minimieren eine Herausforderung dar. Darüber hinaus ist es grundsätzlich wünschenswert, dass der Riemenantrieb so schmal und leicht wie möglich ist. Dabei ist aber die relativ genaue Führung des Riemens wünschenswert und ein seitliches Verschieben des Riemens auf der Riemenscheibe zu vermeiden.

Hierzu gibt es verschiedene Vorschläge im Stand der Technik.

So beschreibt die EP 2289792 B1 Riemenscheiben und Antriebe insbesondere für Fahrräder, bei denen die Riemenscheiben zwischen angrenzenden Umfangszähnen einen Ausrichtungsflansch aufweisen, die mit einer Ausrichtungsrille in der Verzahnung eines Zahnriemens Zusammenwirken. Eine andere Lösung findet sich in der DE 102018 107642 A1, die einen Riementrieb beschreibt, bei dem eine erste Riemenscheibe Führungsvorsprünge aufweist, die mit im Zahnriemen ausgebildeten entsprechenden Ausnehmungen im Zahngrund Zusammenwirken. Durch die Ausnehmungen im Zahnkörper findet aber eine Schwächung des Riemens statt.

In der DE 3931 480 A1 ist ein Zahnriemen aus elastomerem Material für reversible Zahnriemenantriebe und Verfahren zu deren Herstellung beschrieben. Dabei wird ein Kopfstück ausgeführt, das in der Kopffläche des Riemenzahns eingebettet ist. Dieses Kopfstück ist ein Material größerer Elastizität als das übrige Material des Riemenzahnes, sodass eine bessere und formschlüssigere Anpassung und somit eine bessere Kraftübertragung erzielt wird, dadurch dass eine möglichst spielfreie Berührung erfolgt und darüber hinaus Geräusche gedämpft und gemindert sind.

Aus der TW 20 164 1836 A ist ein Zahnriemen und eine Riemenscheibe bekannt, die auf den Zähnen des Zahnriemens einen Stopper beschreiben, der in eine Stoppervertiefung in den Zähnen der Riemenscheibe eingreift, um ein axiales Verschieben zu vermeiden.

Die FR 2257204 A5 betrifft Kettenriemen zur Kraftübertragung bei Riemenantriebenn

Andere Modelle aus dem Stand der Technik beschreiben ein Vorliegen von zwischen den Zähnen des Zahnriemens angeordnete Bereiche, die eine axiale Verschiebung des Zahnriemens auf der Zahnscheibe verringern soll.

In keinem der Dokumente wird ein Riementrieb beschrieben, der das Problem des Überspringens bei ungeschwächt tragender Breite des Zahnriemens bezogen auf den Rücken beschreibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Neigung eines Zahnriemens zum Überspringen bei Unterspannung und/oder Überlast zu verhindern bzw. zu minimieren im Vergleich zum Stand der Technik. Entsprechend sind die Riementriebe mit Riemenscheibe und Zahnriemen ausgebildet, die Kraftübertragung zu verbessern und damit auch das Überspringen bei Unterspannung und/oder Überlast zu verhindern.

In einer ersten Ausführungsform richtet sich die vorliegende Anmeldung auf einen Riementrieb mit mindestens einer ersten Riemenscheibe in Form eines Zahnkranzes, wobei der Zahnkranz eine Zahnkranzbasis und eine Vielzahl von Zähnen mit Zahnköpfen aufweist, und wobei benachbarte Zähne des Zahnkranzes einen Zahngrund ausbilden, die Zähne auf dem äußeren Umfang der Riemenscheibe ausgebildet sind und die Riemenscheibe zur Verwendung mit einem Zahnriemen als Antriebsriemen ausgestaltet ist, jeder Zahn des Zahnkranzes weist eine axiale Zahnbreite und eine radiale Zahnhöhe auf und jeder Zahn ist konfiguriert, um von benachbarten Zähnen des Antriebsriemens aufgenommen zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der zwischen den Zähnen des Zahnkranzes ausgebildete Zahngrund mindestens eine Ausnehmung aufweist, in die sich auf den Zahnköpfen der Zähne des Zahnriemens vorliegende Vorsprünge erstrecken können.

Die Riemenscheibe ist also üblicherweise in Form eines Zahnkranzes ausgebildet. Der Zahnkranz weist eine Zahnkranzbasis und eine Vielzahl von Zähnen auf, die auf der Zahnkranzbasis angeordnet sind. Der radial äußerste Bereich der Zahnkranzbasis bildet dabei üblicherweise den Zahngrund des Zahnkranzes und somit der Riemenscheibe aus. Soweit nicht anders ausgeführt, werden die Begriffe Riemenscheibe und Zahnkranz synonym verwendet.

Hierbei zeichnet sich der erfindungsgemäße Riementrieb gegenüber dem Stand der Technik über eine gute Kraftübertragung in Längsrichtung bzw. Laufrichtung des Riemens aus. In einigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Riementriebs wird dabei gleichzeitig eine gute axiale Führung realisiert.

Der erfindungsgemäße Riementrieb weist dabei mindestens eine erste Riemenscheibe in Form eines Zahnkranzes auf, aufgebaut aus einer Zahnkranzbasis und einer Vielzahl von Zähnen mit entsprechenden Zahnköpfen und zwischen den benachbarten Zähnen ausgebildeten Zahngrund. Die Zähne greifen entsprechend in die benachbarten Zähne des Zahnriemens ein, derart, dass eine entsprechende Kraftübertragung erfolgt. Erfindungsgemäß weisen dabei die Riemenscheiben im Zahngrund zusätzliche Ausnehmungen auf, derart, dass sich die auf dem Zahnkopf der Zähne des Zahnriemens vorliegenden Vorsprünge in die Ausnehmungen erstrecken können. Dabei sind die Ausnehmungen im Zahngrund der Riemenscheibe derart dimensioniert, dass sie in radialer Richtung und in Umfangsrichtung größer sind, als die Vorsprünge auf dem Zahnkopf der Zähne des Zahnriemens.

In einer Ausführungsform weist hierbei die Riemenscheibe eine Ausnehmung auf, die sich über die gesamte axiale Zahnbreite erstreckt. In einerweiteren Ausführungsform können mindestens zwei Ausnehmungen im Zahngrund vorliegen. Dabei weist im Wesentlichen jeder Zahngrund der mindestens ersten Riemenscheibe gleiche Ausnehmungen auf, um ein Eingreifen der Zähne des Zahnriemens mit auf den Zahnköpfen dieser Zähne vorliegenden Vorsprüngen zu erlauben.

Ausführungsformen bei denen sich die Ausnehmungen im Zahngrund der Riemenscheibe nicht über die volle axiale Breite des Zahngrundes erstrecken, können dabei wie folgt ausgebildet sein: i) in einer Ausführungsform kann die Ausnehmung derart ausgebildet sein, dass sie aus mehreren, wie mindestens zwei, wie mindestens drei, Ausnehmungen besteht, die getrennt sind durch einen Bereich mit geringerer Ausnehmung oder keiner Ausnehmung, also ein Steg zwischen den Ausnehmungen ausgebildet ist; ii) alternativ oder gleichzeitig kann sich die Ausnehmung bzw. die Ausnehmungen nicht bis zum axialen Rand des Zahngrundes erstrecken und die Riemenscheibe weist zwischen den Zähnen am axialen Rand eine geringere oder keine Ausnehmung auf. In einer Ausführungsform kann die Ausnehmung dabei im Wesentlichen mittig im Zahnkranz der Riemenscheibe angeordnet sein. Wenn zwei oder mehr Ausnehmungen im Zahngrund der Riemenscheibe vorliegen, können diese symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet sein.

Die Ausnehmungen können z.B. derart dimensioniert sein, dass die Ausnehmungstiefe in radialer Richtung mindestens der Höhe der Vorsprünge der Zahnriemen entspricht. Die Tiefe kann auch im Verzahnungsumfeld unbegrenzt sein. Weiterhin kann die Länge der Ausnehmung in Umfangsrichtung das 0,1 bis 0,6 fache der Zahnteilung der Riemenscheibe betragen. Wenn zwei oder mehr Ausnehmungen, die durch einen Steg getrennt sein können, vorliegen, so ist die axiale Breite des Steges zum Beispiel das 0,1 bis 0,6 fache der Verzahnungsbreite. Die Vorsprünge auf den Zahnköpfen des Zahnriemens können die folgenden Dimensionierungen aufzeigen: Die Höhe der Vorsprünge können das 0,1 bis 0,3 fache der Höhe der Riemenzähne sein. Die Vorsprungsbreite in Umfangrichtung kann das 0,1 bis 0,3 fache der Zahnteilung des Riemens sein. Wenn die Vorsprünge mindestens eine Nut aufweisen, so ist diese Nut in seiner axialen Erstreckung mindestens so breit wie der Steg der korrespondierenden Riemenscheibe.

Wenn sich die Ausnehmungen nicht bis über die gesamte axiale Breite des Zahngrundes erstrecken, ist insbesondere auch noch die axiale Riemenführung in der Riemenscheibe möglich. Das heißt, dass der Zahnriemen in dieser Ausgestaltung seiner Vorsprünge und der Ausnehmungen in der Riemenscheibe weiterhin eine axiale Riemenführung erlauben.

In einer Ausführungsform sind die Ausnehmungen endlos dimensioniert, d. h., der Steg zwischen den Ausnehmungen wird, wie unten dargestellt, durch die Basis des Zahnkranzes, auf dem die Zähne des Zahnkranzes angeordnet sind, ausgebildet.

Die Ausnehmungen sind nicht begrenzt. Vielmehr sind die Vorsprünge auf den Zahnköpfen der Zähne des Zahnriemens derart ausgebildet, dass diese in radialer Richtung den Steg überlappen bzw. umgreifen. Das heißt, bei einer Ausführungsform mit einer Nut zwischen den Vorsprüngen des Zahnriemens, die sich nicht in die Zähne erstreckt, umgreifen diese Vorsprünge beidseitig die Zahnkranzbasis des Zahnkranzes und erlauben somit einerseits eine Stabilisierung der Führung des Zahnriemens auf der Riemenscheibe in axialer Richtung und darüber hinaus wird die Neigung des Riemens beim Überspringen bei Überlast und/oder Unterspannung verhindert bzw. minimiert. Die Riemenscheibe selbst kann auf diese Weise materialreduzierend hergestellt werden.

Die erfindungsgemäßen Riementriebe und entsprechend ausgerüstete Fahrzeuge zeigten, dass die Neigung zum Überspringen bei Unterspannung und/oder Überlast durch die Vorsprünge meistens deutlich gemindert werden kann. Durch die Vorsprünge der Zähne der Zahnriemen, die sich in der Umschlingung bzw. im Eingriff in die Ausnehmung(en) der Riemenscheibe(n) erstrecken, wird die zu überwindende Übersprungshöhe beim Aus- und Eingriff und bei Überlast oder Unterspannung in zumindest einem Teil der Verzahnung des Zahnriemens um die Höhe des Vorsprungs vergrößert. Bei ansonsten im Normalfall nutzlastfreiem Eingreifen in die Ausnehmungen berührt die seitliche Fläche der Vorsprünge in Umfangsrichtung die Zahnflanke des Zahns/Zahnkopfs der Zahnscheibe in Situationen einer Überlast und/oder Unterspannung bzw. bei drohendem Übersprung und nimmt anteilig mit den noch eingreifenden Zähnen Nutzlast auf, wodurch ein Übersprung verhindert bzw. behindert wird. In den Ausführungsformen, bei denen sich die Ausnehmungen nicht über die gesamte axiale Breite des Zahngrundes erstrecken erlauben diese weiterhin eine axiale Verschiebung zu verhindern.

Sollten Fremdkörper zwischen Zahnriemen und Riemenscheibe gelangen, kann darüber hinaus dieser Fremdkörper durch die Führungsvorsprünge häufig leichter seitlich nach außen bzw. nach unten gedrängt werden, dies gilt insbesondere in den Ausführungsformen, bei denen sich die Ausnehmungen im Zahngrund der Riemenscheibe bis zum axialen Rand des Zahngrunds erstrecken und sie in radialer Richtung und in Umfangsrichtung größer sind, als die Vorsprünge auf dem Zahnkopf der Zähne des Zahnriemens.

Wie gesagt ist unter Normallast die Riemenscheibe mit den erfindungsgemäßen Ausnehmungen derart ausgebildet, dass die Vorsprünge eines Zahnriemens in die Ausnehmungen nutzlastfrei eingreifen, d. h., die Kraftübertragung von Riemenscheibe auf Zahnriemen erfolgt im Wesentlichen über die Zähne und entsprechend die Flanken der Riemenscheibe mit Zahnkranz und dem Zahnriemen.

Erfindungsgemäß wird unter einer Riemenscheibe ein im Betrieb rotierendes Bauteil des Riemenantriebes verstanden, wobei der Zahnriemen die Riemenscheibe umschließt oder an dieser entlangläuft. Die Riemenscheibe kann entweder in Form eines angetriebenen oder eines abgetriebenen Zahnkranzes sein oder eine nicht angetriebene Rolle. Der Begriff der Riemenscheibe wird damit als Oberbegriff für diese beschriebenen Ausführungsformen verwendet. In einer Ausführungsform ist die Riemenscheibe dabei eine Antriebsriemenscheibe.

Unter einer Ausnehmung wird vorliegend eine Ausformung verstanden, die sich radial zur Drehachse der Riemenscheibe hin vom Zahngrund bzw. von einem üblicherweise vorhandenen Bereich zwischen den Zähnen der Riemenscheibe ausbildet. Die Ausnehmung selbst kann unterschiedliche Formen aufweisen, sie können eckig aber auch abgerundet sein, diese kann insbesondere eine U-Form aufweisen oder radial und in Umfangsrichtung gänzlich formlos sein. In den Ausführungsformen bei denen die Riemenscheibe zur Riemenführung einen oder mehrere Stege aufweist, besitzt z.B. ein mittig angeordneter Steg zwei axial ausgebildete Flächen. Jede dieser Flächen kann jedoch auch in einem Winkel zu einer idealen axialen Fläche stehen oder eine beliebige Form annehmen.

In einer Ausführungsform sind die Ausnehmungen dabei derart ausgebildet, dass sie radial in Richtung Drehachse nicht dimensioniert sind. Das heißt, in einer Ausführungsform liegen mindestens zwei Ausnehmungen getrennt durch einen Steg vor, wobei diese Ausnehmungen radial in Drehachse nicht begrenzt sind, wie unten in der Figurenbeschreibung dargestellt. Dabei können die an den Zahnköpfen des Zahnriemens vorliegenden Vorsprünge beidseitig in diese Ausnehmungen eingreifen und überlappen bzw. umgreifen den Steg, derz. B. durch die Zahnkranzbasis gebildet wird.

In die Ausnehmungen, die erfindungsgemäß in der Riemenscheibe vorliegen, können entsprechende Vorsprünge auf den Zähnen von Zahnriemen eingreifen bzw. in diese hineinragen, wobei Vorsprung und Ausnehmung derart dimensioniert sind und bei der Riemenscheibe bzw. im Zahnriemen derart angeordnet sind, dass sie unter Normallast nutzlastfrei eingreifen, d. h., kein oder nur ein geringer Formschluss zwischen Vorsprung und Ausnehmung erfolgt. Das heißt, die Nutzlast wirkt in Längsrichtung auf den Zahnriemen und die Riemenscheibe, vorzugsweise übertragen die Ausnehmungen keine Kraft in Längsrichtung des Zahnriemens. Die Längsrichtung des Zahnriemens ist die Umfangsrichtung, die Zähne des Zahnriemens verlaufen quer zur Längsrichtung. Lediglich im Falle einer Überlast oder Unterspannung nimmt der Vorsprung Nutzlast auf, wobei er mit den Zähnen der Riemenscheibe zusammenwirkt und der Überlappungsgrad vom Zahnriemen und der Riemenscheibe größer ist. Hierdurch kann das Überspringen verringert werden.

Die Stege, die z. B. durch die Basis des Zahnkranzes mit daran angeordneten Zähnen ausgebildet sind, können dabei unterschiedlich ausgebildet sein. Diese können z. B. trapez- oder keilförmig ausgebildet sein, wobei diese trapez- oder keilförmigen Ausbildungen radial in Drehachse, aber alternativ auch radial nach außen ausgebildet sind. Dem Fachmann sind entsprechende Ausführungsformen bekannt.

Der erfindungsgemäße Riementrieb umfasst zumindest einen Antriebszahnkranz und üblicherweise zumindest einen Abriebszahnkranz. Wenn in dem folgenden Fall der unbestimmte Artikel verwendet wird, so ist dieser so zu verstehen, dass es möglich ist, dass genau ein entsprechendes Objekt vorhanden ist, es ist aber auch möglich, dass mehr als ein entsprechendes Objekt vorhanden ist.

Üblicherweise weisen dabei Antriebszahnkranz als auch der Abtriebszahnkranz die Ausnehmungen auf, damit entsprechende Vorsprünge des Zahnriemens dort eingreifen können. Gegebenenfalls kann der Riementrieb zusätzlich eine weitere Riemenscheibe in Form einer Innenrolle aufweisen, die ebenfalls entsprechende Ausnehmungen aufweisen kann.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Riementrieb weiterhin einer aufweisend einen Zahnriemen mit einer Vielzahl von Zähnen zur Kraftübertragung über die Riemenscheibe, wobei auf den Zahnköpfen des Zahnriemens Vorsprünge ausgebildet sind, die derart konfiguriert sind, dass sie in Ausnehmungen der Riemenscheibe eingreifen können.

In Ausführungsformen, bei denen sich die Ausnehmungen in der Riemenscheibe nicht über die gesamte axiale Zahnbreite erstrecken, sind die Vorsprünge auf den Zahnköpfen des Zahnriemens entsprechend ausgebildet, dass auch diese Vorsprünge sich nicht über die gesamte axiale Breite des Zahns erstrecken. Hierdurch ist es möglich, dass die inneren Abschlüsse des Vorsprungs in Kontakt mit den Ausnehmungen der Riemenscheibe treten zur Aufnahme von axial wirkenden Ablaufkräften des Riemens und somit ein axiales Verschieben des Riemens verhindern. Dieses erlaubt z. B., bei Riemenscheiben sonst übliche Seitenrahmen (Bordscheiben) im Bereich der Verzahnung wegzulassen, d. h., die Konstruktion der Riemenscheiben zu vereinfachen und die Baubreite der Verzahnung um mindestens eine Bordscheibe oder die Borscheiben zu verringern und die Baubreite unter die Baubreite des Zahnriemens zu reduzieren.

In einer Ausführungsform ist der Zahnriemen des erfindungsgemäßen Riementriebs dabei einer, bei dem der Vorsprung eines Zahnes nicht an dem einen oder beiden axialen Randbereichen des Zahnes vorliegt. In einer Ausführungsform kann der Vorsprung auf dem Zahnkopf in mehreren Einzelbereichen vorliegen, z. B. wenn mehr als eine Ausnehmung im Zahngrund der Riemenscheibe vorliegt.

Weiterhin kann der Vorsprung auf dem Zahn des Zahnriemens mindestens eine Nut aufweisen. Diese Nut ist derart ausgebildet, dass sie in entsprechende Bereiche mit geringerer Ausnehmung oder keiner Ausnehmung bei der Riemenscheibe sich erstrecken. Wie ausgeführt, kann die Form des Vorsprungs unterschiedlich sein. Die bevorzugte Ausführungsform weist V- bzw. keil- bzw. trapezförmige Vorsprünge auf, damit wird bei Normalbetrieb kollisionsfreier Ein- und Ausgriff des Riemens mit der Verzahnung der Zahnscheibe gewährleistet. Hier ist insbesondere eine konkav bogenförmige Form optimal. Die Ausformung der Vorsprünge ist insgesamt gänzlich unabhängig von der Gestaltung der Verzahnung des Riemens, die bei moderneren Varianten grundsätzlich immer konvex rund- bzw. bogenförmig gestaltet ist.

In einem weiteren Aspekt wird die Riemenscheibe, wie sie vorliegend erfindungsgemäß definiert wird, selbst beansprucht. Gleiches gilt für einen Zahnriemen, wie erfindungsgemäß definiert.

In einer Ausführungsform ist der Riementrieb mit der erfindungsgemäßen Riemenscheibe und dem erfindungsgemäßen Zahnriemen einer, wobei eine mindestens zweite Riemenscheibe vorliegt, wobei diese zweite Riemenscheibe eine ist, wie sie erfindungsgemäß definiert ist, d. h., eine mit entsprechenden Ausnehmungen im Zahngrund.

Solch eine Riemenführung hat im Vergleich zu Riemenführungssystemen, die im Stand der Technik bekannt sind, Vorteile. Im Vergleich zu der Riemenführung, durch an den Zahnkränzen seitlich angebrachten Borden, können die Zahnkränze schmaler und leichter gestaltet werden. Weiterhin hat diese Ausführung im Vergleich zum Stand der Technik z. B. gegenüber der EP 2289792 B1 den Vorteil, dass die für die Kraftübertragung verantwortlichen Riemenzähne und Zahnriemen nicht durch eine Nut in der Verzahnung des Riemens geschwächt werden oderz.B. wie in der DE 10 2018 107642 A1 nicht durch eine Nut im Rücken des Riemens geschwächt werden oder z.B. wie in der TW 201641836 A durch eine Nut in der Verzahnung der Riemenscheibe geschwächt werden. Somit weist die vorliegende Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Lebensdauer auf, da sowohl die Verzahnung des Riemens, als auch die Verzahnung der Scheibe voll tragend ausgeführt ist und auch der Riemenrücken ungeschwächt ist.

Erfindungsgemäß wird ein Riementrieb bereitgestellt, wobei die jeweils axialen Flächen der Vorsprünge in Kontakt mit den die Ausnehmungen begrenzten Fläche der Riemenscheibe die axial wirkenden Ablaufkräfte des Riemens aufnehmen können. In einer alternativen Ausführungsform weisen die Ausnehmungen in der Riemenscheibe keine begrenzenden Flächen auf, dieses erlaubt z. B. ein einfaches Abführen von Fremdkörpern aus der Riemenscheibe. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Riementrieb einer, wobei die Vorsprünge des Zahnriemens mindestens eine Nut, bevorzugt mittig angeordnet, aufweisen und die Vorsprünge bis zum axialen Rand des Zahnes der Zahnriemen ausgebildet sind und wobei die Riemenscheibe Ausnehmungen aufweisen, die die Vorsprünge aufnehmen.

Erfindungsgemäß ist zudem ein Fahrzeug, insbesondere Fahrrad, mit (a) einem erfindungsgemäßen Riementrieb, (b) mindestens einem Antriebsrad, wie einem Hinterrad, das mit dem Abtriebszahnkranz verbunden ist, (c) einem Antriebszahnkranz, z.B. verbunden mit einer Tretkurbel, wobei der Zahnriemen des Riemenantriebs ein Antriebszahnkranz mit dem Abtriebszahnkranz verbindet. Das Fahrzeug kann z.B. ein Fahrrad, ein Motorrad, eine Pedelo oder zumindest teilweise mit Motor angetriebenes Zweirad oder ein sonstiges Fahrzeug sein.

Die vorliegende Erfindung wird mit Hilfe von den nachfolgenden Beschreibungen der Abbildungen näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein.

Dabei zeigt: Figur 1 eine erste erfindungsgemäße Riemenscheibe; Figur 2 eine zweite erfindungsgemäße Riemenscheibe; Figur 3 einen erfindungsgemäßen Zahnriemen; Figur 4 zeigt erfindungsgemäße Ausgestaltungen eines Zahnriemens; Figur 5 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Riementriebs mit einem Antriebszahnkranz, einem Abtriebszahnkranz und einem Zahnriemen, teilweise im Schnitt;

Figur 6 eine Teilseitenansicht des Zahnriemens und des Antriebszahnkranzes des Riemenantriebs.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Riemenscheibe 1 in Form eines Zahnkranzes des erfindungsgemäßen Riementriebs. Gezeigt sind der Zahnkranz 1 mit Zähnen 3, sowie die zwischen den Zähnen ausgebildeten Zahngründe des Zahnkranzes 4. Die Zahngründe des Zahnkranzes 4 werden durch die Oberfläche der Zahnkranzbasis 5 ausgebildet und sie bilden erfindungsgemäß den Steg 7 zwischen den Ausnehmungen 6 aus. In der Figur 1 sind dabei die Ausnehmungen 6 derart ausgestaltet, dass sie sich radial in Richtung Drehachse des Zahnkranzes erstrecken. Die Ausnehmungen 6 sind dabei nicht dimensioniert, das heißt, die radiale Tiefe Richtung Drehachse der Ausnehmungen ist endlos. Die Ausgestaltung der Ausnehmungen kann aber unterschiedlich erfolgen.

Die Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Riemenscheibe in Form eines Zahnkranzes 1. Hier sind die Ausnehmungen 6 in der Zahnkranzbasis dargestellt. Der Steg 7 wird durch den Zahngrund des Zahnkranzes 4 ausgebildet. Entsprechend sind die Zähne 3 im Zahnkranz 1 angeordnet. Die Vorsprünge eines erfindungsgemäßen Zahnriemens, z. B. in der Figur 3 dargestellt, greifen nun in die Ausnehmungen 6 des Zahnkranzes ein, während der Steg 7 in die Nut des erfindungsgemäßen Zahnriemens eingreift. Durch das Vorliegen der zwei Ausnehmungen 6a und 6b, getrennt durch den Steg 7, wird ein axiales Ablaufen des Riemens verhindert. Unter Normallast greifen dabei die Vorsprünge des Zahnriemens in die Ausnehmungen 6 nutzlastfrei ein.

Die Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäß verwendbaren Zahnriemen 10 mit dem Zahnriemenrücken 11 und den Zähnen 12 sowie die Zahngründe des Zahnriemens 13. Auf den Zähnen 12 des Zahnriemens sind erfindungsgemäße Vorsprünge 14 vorhanden, diese Vorsprünge 14 sind auf den Zahnköpfen der Zähne angeordnet. Wie zu erkennen ist, weisen die Zähne 12 eine erste Form mit konkaver und konvexer Krümmung der Flächen auf. Auf den Zahnköpfen 16 aufgesetzt sind Vorsprünge 14. Der Vorsprung 14 kann dabei zweigeteilt (14a, 14b), getrennt durch eine Nut 15, sein, wobei diese Nut 15 durch die Oberfläche des Zahnkopfes 16 begrenzt ist. Dieser auf dem Zahnkopf 16 angeordnete Vorsprung 14 kann ebenfalls konkave und konvexe Bereiche in den Flanken aufweisen, wobei in der dargestellten Ausführungsform die Zahnvorsprünge eine andere Dimensionierung aufweisen als die Zähne des Zahnriemens.

Figur 4 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer Zahnriemen. Im linken Bereich ist die Ausführungsform gemäß der Figur 3 abgebildet. Hierbei können Zahn und Zahnvorsprung, wie auch in den anderen Ausführungsformen, beliebige Radien ausbilden, die identisch oder unterschiedlich sein können. Dabei findet im Bereich des Übergangs von Zahn 12 bzw. Zahnkopf 16 zu Vorsprung 14 ein Übergang von konvexer zu konkaver Radien statt. Dieser Übergang kennzeichnet üblicherweise den Übergang von Nutzlast- und nutzlastfreiem Bereich unter Normallast. Im mittleren Bereich des Ausschnitts des Zahnriemens ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Hier sind die Vorsprünge 14 mittig auf dem Zahnkopf 16 der Zähne 12 angeordnet. Eine entsprechende Riemenscheibe ist in der Figur nicht dargestellt. Diese Riemenscheibe weist zwischen den Zähnen im Zahngrund entsprechende Ausnehmungen auf, die axialmittig angeordnet sind.

Im rechten Abschnitt des Ausschnitt eines Zahnriemens ist der Vorsprung 14 derart ausgebildet, dass er sich vollständig axial von einem Rand des Zahnriemens 10 zum anderen Rand des Zahnriemens 10 erstreckt, eine Nut 15 ist nicht vorhanden. Auch hier ist eine solch einem Zahnriemen entsprechende Riemenscheibe nicht dargestellt, diese Riemenscheibe würde im Zahngrund entsprechende Ausnehmungen ohne Steg aufweisen.

Die Figur 5 zeigt eine Seitenansicht eines Riementriebs mit einer Riemenscheibe als Antriebszahnkranz 20 und einer zweiten Riemenscheibe als Abtriebszahnkranz 21. Ebenfalls dargestellt ist der Zahnriemen 10 entsprechend der Ausführungsform wie in Figur 3 gezeigt und dort beschrieben. Der Zahnriemen weist dabei Zähne 12 mit Vorsprüngen 14 auf. Die Vorsprünge 14 sind dabei zweigeteilt (14a, 14b) mit einer mittig angeordneten Nut 15, die sich bis zu dem Zahngrund der Zähne 12 erstreckt. Der Antriebszahnkranz 20 weist Zähne 3 auf der Zahnkranzbasis 5 auf. Die Zahnkranzbasis 5 bildet dabei mit ihrer Oberfläche den Zahngrund 4 entsprechend dem Steg 7 aus. Erfindungsgemäß vorliegende Ausnehmungen 6 befinden sich seitlich von der Zahnkranzbasis 4, die den Steg 7 ausbildet, angeordnet. Einen gleichen Aufbau weist der Abtriebszahnkranz 21 mit den Zähnen 3, der Zahnkranzbasis 5 und dem Zahngrund 4 auf.

Erfindungsgemäß greifen im Betrieb die Zähne 3 der Zahnkränze in den Zahnriemen und hier in die Zwischenbereiche der Zähne 12 ein. Dabei umschließen oder umgreifen die Vorsprünge 14 den Steg 7 derart, dass der Steg 7 in die Nut zwischen den Vorsprüngen 14 eingreift. Durch dieses Eingreifen ist der Bereich in dem der Zahn der Riemenscheibe in den Zahn eingreift, um die Strecke h verlängert. Dadurch wird ein Überspringen bei Unterspannung und/oder Überlast reduziert. Darüber hinaus erlaubt das Umschließen des Stegs 7 durch die Vorsprünge 14, siehe 14a, 14b, ein Führen des Zahnriemens, ein axiales Ablaufen des Zahnriemens wird verhindert. Die Figur 6 zeigt in einer perspektivischen Teilansicht des Antriebskranzes 20 und des Zahnriemens 10 die Verlängerung der Distanz bzw. Strecke hvbeim Eingreifen des Zahnriemens in den Zahnkranz 20. Deutlich ist das Eingreifen des Stegs 7 in die Nut 15, die zwischen den Vorsprüngen 14 liegt, zu erkennen. Zu erkennen ist ebenfalls, dass die Distanz h durch die Distanz h der Vorsprünge 14 verlängert ist, dass diese sich an den Steg 7 anlegen und umschließen.

Der Steg 7 greift in die Nut ein, die in dem Vorsprung 14 vorliegt, während die Zähne 3 in den Zwischenbereich der Zähne 12 des Zahnriemens bis zum Zahngrund des Zahnriemens eingreifen.

Bezugszeichenliste

1 Riemenscheibe, Zahnkranz

3 Zähne der Riemenscheibe

4 Zahngrund der Riemenscheibe

5 Zahnkranzbasis

6, 6a, 6b Ausnehmungen 7 Steg

10 Zahnriemen

11 Zahnrücken

12 Zähne des Zahnriemens

13 Zahngrund des Zahnriemens

14, 14a, 14b Vorsprung

15 Nut

16 Zahnkopf des Zahnriemens 20 Antriebszahnkranz 21 Abtriebszahnkranz

Claims

Patentansprüche

1. Riementrieb mit mindestens einer ersten Riemenscheibe mit einem Zahnkranz, wobei der Zahnkranz eine Vielzahl von Zähnen mit Zahnkopf aufweist, und wobei benachbarte Zähne des Zahnkranzes einen Zahngrund ausbilden, die Zähne auf dem äußeren Umfang der Riemenscheibe ausgebildet sind und die Riemenscheibe zur Verwendung mit einem Zahnriemen als Antriebsriemen ausgestaltet ist, jeder Zahn des Zahnkranzes weist eine axiale Zahnbreite und eine radiale Zahnhöhe auf und jeder Zahn ist konfiguriert, um von benachbarten Zähnen des Antriebsriemens aufgenommen zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der zwischen den Zähnen des Zahnkranzes ausgebildete Zahngrund mindestens eine Ausnehmung aufweist, in die sich auf den Zahnköpfen der Zähne des Zahnriemens vorliegende Vorsprünge erstrecken können.

2. Riementrieb nach Anspruch 1 , wobei bei der Riemenscheibe die Ausnehmung(en) sich nicht über die gesamte axiale Zahnbreite erstecken.

3. Riementrieb mit einer Riemenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die axiale Erstreckung der Ausnehmung(en) sich nicht bis zum axialen Rand des Zahngrundes erstrecken.

4. Riementrieb mit einer Riemenscheibe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung im Wesentlichen mittig im Zahnkranz angeordnet sind.

5. Riementrieb mit einer Riemenscheibe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zahngrund mindestens zwei Ausnehmungen vorliegen, getrennt durch einen Bereich mit geringerer Ausnehmung oder keiner Ausnehmung.

6. Riementrieb mit Riemenscheibe nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorsprünge des Zahnriemens unter Normallast nutzlastfrei in die Ausnehmungen eingreifen.

7. Riemenscheibe wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert.

8. Riementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6 weiterhin aufweisend einen Zahnriemen mit einer Vielzahl von Zähnen zur Kraftübertragung über Riemenscheiben, wobei auf den Zahnköpfen des Zahnriemens Vorsprünge ausgebildet sind, die derart konfiguriert sind, dass sie in Ausnehmungen der Riemenscheibe sich erstrecken können.

9. Riementrieb nach Anspruch 8, wobei der Zahnriemen dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorsprünge sich nicht über die gesamte axiale Breite des Zahns des Zahnriemens erstrecken.

10. Riementrieb nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei bei dem Zahnriemen der Vorsprung eines Zahnes nicht in einem oder beiden axialen Randbereichen des Zahns vorliegt.

11. Riementrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung auf dem Zahn des Zahnriemens mindestens eine Nut aufweist.

12. Riementrieb mit einem Zahnriemen nach Anspruch 11 , wobei die Nut mittig angeordnet ist.

13. Zahnriemen wie in einem der Ansprüche 8 bis 12 definiert.

14. Riementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8 bis 12, wobei eine mindestens zweite Riemenscheibe vorliegt, wobei diese zweite Riemenscheibe eine ist, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert oder gemäß Anspruch 7 ist.

15. Riementrieb nach Anspruch 14, wobei die mindestens eine Riemenscheibe als Antriebszahnkranz und die mindestens zweite Riemenscheibe als Abriebszahnkranz vorliegt.

16. Riementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 8 bis 12 und 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Führung des Zahnriemens durch ein Zusammenwirken der Ausnehmungen vorliegend in der Riemenscheibe wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert oder gemäß Anspruch 7 mit den Vorsprüngen des Zahnriemens wie in einem der Ansprüche 8 bis 12 definiert oder gemäß Anspruch 13, erfolgt.

17. Riementrieb nach Anspruch 16, wobei die jeweils axialen Flächen der

Vorsprünge in Kontakt mit den die Ausnehmungen begrenzenden Flächen der Riemenscheibe die axial wirkenden Ablaufkräfte des Riemens aufnehmen.

18. Riementrieb nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Vorsprünge des

Zahnriemens mindestens eine Nut, bevorzugt mittig angeordnet, aufweisen und die Vorsprünge bis zum axialen Rand des Zahnes des Zahnriemens ausgebildet sind und wobei die Riemenscheiben Ausnehmungen aufweisen, die die Vorsprünge aufnehmen

19. Fahrzeug, insbesondere Fahrrad, mit einem Riementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 8 bis 12 oder 14 bis 18 oder einer Riemenscheibe gemäß Anspruch 7 oder einem Zahnriemen gemäß Anspruch 13.