<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen Zahnriemen, dessen Zähne aus einem Elastomeren bestehen und an einem Zugglied befestigt sind, wobei jeder Zahn eine Umrissform hat, die im wesentlichen von einem Kreisbogen begrenzt ist.
Zahnriemen mit Zähnen, deren Umrissform von Kreisbögen begrenzt sind, werden in der
EMI1.1
Aus der US-PS Nr. 2, 507, 852 ist ein Zahnriemen bekannt, der aus einem undehnbaren Zugglied, mit diesem verbundenen Zähnen sowie einer die Zähne bedeckenden Schutzschicht besteht.
Die Zähne sind aus einem Elastomeren, beispielsweise Gummi, gefertigt. Der Zahnriemen kann auf seiner Rückseite eine Abdeckschicht besitzen, die aus ähnlichem oder auch aus dem gleichen Material wie die Riemenzähne besteht.
Zur Herstellung derartiger Zahnriemen wurden bereits verschiedene Elastomeren verwendet.
Beispiele für derartige Elastomeren sind Neopren und Polyurethan. Zahnriemen dieser Gattung sind zum Eingriff mit Zahnrädern vorgesehen, die aus Werkstoff bestehen, dessen Elastizitätsmodul erheblich grösser als jener der Elastomeren ist, aus denen die Zahnriemen hergestellt werden.
Bei den herkömmlichen Zahnriemen, wie sie beispielsweise in der US-PS Nr. 2, 507, 852 beschrieben sind, werden Riemenzähne verwendet, deren Profil eine im wesentlichen trapezförmige Aussenkontur besitzt. Diese Zahnform ist der Form der üblichen Zahnstangenzähne sehr ähnlich. Es wurden schon viele Versuche gemacht, um die Riemenzähne und die Zahnradzähne zu ändern und auf diese Weise die Schwierigkeiten zu verringern, die sich infolge der Zahnriemenfehler, beispielsweise dem Abscheren von Riemenzähnen infolge hoher Spannungskonzentration im Zahnriemen, einstellen.
Ausbildungen von Zahnriemen-Zahnradgetriebe sind z. B. aus der GB-PS Nr. 871, 353 und der FR-PS Nr. 1. 535. 143 bekannt. Ein aus Stahlbändern aufgebauter Zahnriemen mit Riemenzähnen, deren Umrissform von einem Kreisbogen begrenzt ist, wird in der CH-PS Nr. 332604 beschrieben.
Die GB-PS Nr. 871353 betrifft eine Ausbildung von Riemenzähnen, bei der das den Riemen bildende Band in Schlaufen um zylindrische Stifte herumgelegt und die Schlaufen durch Klammern fixiert sind. Nennenswerte Zugkräfte können mit diesem bekannten Getriebe nicht übertragen werden.
Die FR-PS Nr. 1. 233. 957 beschreibt ein Getriebe, bei dem ein mit im Querschnitt kreisrunden Verdickungen ausgerüstetes Seil mit einem etwa halbkreisförmige Vertiefungen aufweisenden Rad zusammenwirkt.
Daneben sind auch Zahnriemen-Zahnradgetriebe mit im Querschnitt trapezförmigen Riemenoder Zahnradzähnen vorgeschlagen worden (US-PS Nr. 3, 068, 710 und Nr. 3, 156, 128).
Der Bereich der höchsten Spannungen in einem trapezförmigen Riemenzahn liegt im Fussbereich, u. zw. auf der Seite des Riemenzahnes, an der die Kraft übertragen wird. Dieser Bereich hoher Belastung nimmt nur etwa 20 bis 30% des Gesamtzahnvolumens in Anspruch. Die Folge davon ist eine unwirtschaftliche Ausnutzung des Elastomeren und vor allem auch eine ungleichförmige Lastübertragung von den Riemenzähnen auf das Zugglied über die Fläche zwischen dem Zugglied und den Riemenzähnen.
Um die Leistung eines derartigen Zahnriemens zu steigern, ohne unter dem damit verbundenen Problem des Abscherens der Riemenzähne zu leiden, ist es notwendig, Spannungs- oder Belastungsspitzen in den Riemenzähnen zu senken und eine gleichförmigere Lastübertragung von den Riemenzähnen auf das Zugglied zu erreichen. Untersuchungen haben ausserdem ergeben, dass sich bei trapezförmigen Riemen- und Zahnradzähnen Störungen ergeben, wenn diese in Eingriff miteinander treten. Die Aussenkanten benachbarter Riemenzähne und Zahnradzähne neigen nämlich zum Überlappen, weil zwischen den zusammentretenden Zähnen ungenügend Spiel vorhanden ist und weil sich innerhalb des Zahnriemens unter Last Verformungen ergeben.
Diese Erscheinung hat zur Folge, dass die Zähne beim Ineinandertreten aneinander gleiten, was unerwünscht grossen Verschleiss der Zähne und Hitzeentwicklung verursacht. Diese Störungen erzeugen darüber hinaus Querschwingungen im Zahnriemen, die Zahnriemengeräusche und Ermüdungserscheinungen, insbesondere Biegungsermüdungen, zur Folge haben.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Schwierigkeiten durch eine entsprechende Gestaltung der Riemenzähne zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bei einem Zahnriemen der einleitend umschriebenen Gattung dadurch erreicht, dass die Krümmungsmittelpunkte benachbarter Zähne zumindest um das Doppelte der Länge des Halbmessers der die Umrissform der Zähne begrenzenden
<Desc/Clms Page number 2>
Kreisbögen voneinander entfernt sind, dass die Zähne, wie an sich bekannt, von einer Schutz- schicht bedeckt sind, wobei im Bereich der Lücken zwischen benachbarten Zähnen zwischen dem
Zugglied und der Schutzschicht eine Lage elastomeren Werkstoffes vorgesehen ist, und dass die
Kreisbögen nur einen Teil der Umrissform der Zähne begrenzen, wobei die Höhe des Teils der Zäh- ne, dessen Umrissform von Kreisbögen begrenzt ist,
mindestens 60% der vom Zugglied bis zur Zahn- spitze gemessenen Gesamthöhe der Zähne beträgt.
Beim erfindungsgemäss ausgebildeten Zahnriemen ist der Spannungspegel in den Riemenzähnen vergleichsweise niedrig und es ergeben sich auch keine Flächen hoher Spannungskonzentrationen.
Es wird eine wesentlich gleichförmigere Übertragung der Last vom Riemenzahn auf das Zugglied, die sich über die gesamte Berührungsfläche zwischen Riemenzahn und Zugglied erstreckt, erreicht.
Die Riemenzähne springen auch bei hohen Belastungen nicht aus den Zahnlücken des Zahnrades.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umrissform der
Fussbereiche der Zähne, wie an sich bekannt, von Kreisbögen begrenzt ist, deren Krümmungsmittel- punkte ausserhalb der Zähne und bei gerade verlaufendem Zahnriemen auf einer zum Zugglied parallel verlaufenden Geraden liegen.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Zahnriemens zeichnet sich dieser dadurch aus, dass die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Zähne begrenzenden Kreis- bögen und die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Fussbereiche begrenzenden Kreisbögen bei gerade verlaufendem Zahnriemen auf der gleichen Geraden liegen.
Es ist aber auch möglich, dass die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Zähne begrenzenden Kreisbögen bei gerade verlaufendem Zahnriemen auf einer Geraden liegen, die vom
Zugglied weiter entfernt ist als die Gerade, auf der die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der die Fussbereiche begrenzenden Kreisbögen liegen.
Schliesslich kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die im Übergangspunkt von dem eine Flanke eines Zahnes begrenzenden Kreisbogen zu dem die Umrissform des angrenzenden Fussbereiches dieses Zahnes begrenzenden Kreisbogen angelegte, gemeinsame Tangente mit der durch die Mitte des Zahnes gehenden Mittellinie einen Winkel von höchstens 300 einschliesst.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in den Zeichnungen vereinfacht wiedergegebenen Ausführungsbeispieles. Es zeigt Fig. 1 in Schnittansicht ein Zahnriemen-Zahnradgetriebe und Fig. 2 und 3 zeigen Teilschnitte des Zahnriemens bzw. des Zahnrades.
Ein Zahnriemen --1-- steht mit einem treibenden und einem getriebenen Zahnrad --2 und 3-- im Eingriff. Der Zahnriemen --1-- weist ein Zugglied --4-- auf, das aus mehreren Windungen eines fortlaufenden Stranges faden- oder faserartigen Materials gebildet ist. Das Zugglied --4-- übernimmt nahezu die gesamte Last, die auf den Zahnriemen-l-ausgeübt wird. Dabei verhält sich das Zugglied --4-- bis zu der Last, für die der Zahnriemen --1-- ausgelegt ist, nahezu undehnbar. Eine ausführliche Beschreibung der Grundlagen eines Zahnriemen-Zahnradgetriebes ist in der US-PS Nr. 2, 507, 852 enthalten.
Der erfindungsgemässe Zahnriemen --1-- besitzt Zähne --5-- und eine Decklage --6-- auf der Aussen- oder Rückseite. Das Zugglied --4-- ist in unmittelbarer Nähe der Fussbereiche --7 und 8-- der Zähne --5-- in den Zahnriemen --1-- eingebettet. Die gesamte gezahnte Oberfläche des Zahnriemens --1-- ist mit einer Schutzschicht --9-- überzogen. Ausserdem ist zwischen der Schutzschicht --9-- und dem Zugglied --4-- eine dUnne Lage --10-- aus einem elastomeren Werkstoff angeordnet, deren Aufgabe darin besteht, die Haftung in den Lücken --15-- bzw. in den Fussbereiches-7 und 8-- zwischen je zwei Zähnen --5-- zu verbessern.
Wie Fig. 2 zeigt, sind die Zähne --5-- so geformt, dass ihre Umrissform von je einem Kreisbogen --11-- begrenzt wird, der den Krümmungsmittelpunkt --12-- und den Halbmesser --13-besitzt. Die Krümmungsmittelpunkte --12-- der Kreisbögen --11--, welche die Umrissform der Zähne --5-- bestimmen, liegen auf einer Geraden P, die bei gerade verlaufendem Zahnriemen-lin dessen Längsrichtung und parallel zum Zugglied --4-- verläuft. Die Krümmungsmittelpunkte - der die Umrissform der Zähne --5-- begrenzenden Kreisbögen --11-- besitzen einen Abstand voneinander, der mehr als das Doppelte der Länge des Halbmessers --13-- ist, so dass die Kreis- bögen --11-- einander nicht schneiden.
<Desc/Clms Page number 3>
Die Fussbereiche --7 und 8-der Zähne-5-, welche gegebenenfalls mit parallel zum Zugglied --4-- verlaufenden Abschnitten --14-- die Umrissform der Lücken --15-- bestimmen, haben eine von Kreisbögen --16, 17-- begrenzte Umrissform. Die Kreisbögen --16, 17-- haben Halbmesser - 18 bzw. 19-- und Krümmungsmittelpunkte --20 bzw. 21--, die bei gerade verlaufendem Zahnriemen-l-auf einer Geraden Q liegen. Die Krümmungsmittelpunkte --20 und 21-- liegen ausserhalb der Zähne --5--.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gerade P, auf der die Krümmungsmittelpunkte --12-- vom Zugglied --4-- weiter entfernt liegen als die Gerade Q, auf der die Krümmungsmittelpunkte - 20 und 21-- liegen. Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Geraden P und Q zusammenfallen oder solche, bei denen die Gerade Q vom Zugglied --4-- weiter entfernt ist als die Gerade P.
Die Höhe des Teiles der Zähne --5--, deren Umrissform vom Kreisbogen --11-- begrenzt ist, das ist der Teil, der ausserhalb der von den Kreisbögen --16 und 17-- der Fussbereiche --7 und 8-- liegt, beträgt wenigstens 60% des Abstandes der Zahnspitze --5'-- vom Zugglied --4--, d. h. der Gesamthöhe der Zähne-5-.
Die Zahnräder-2 und 3-- besitzen Radkörper-22-- mit Zahnradzähnen-23--, die durch kreisbogenförmige Lücken --24-- voneinander getrennt sind. Die Umrissform der Spitzen-25der Zahnradzähne --23-- wird von Kreisbögen-26 und 27-- begrenzt. Die Krümmungsmittelpunkte --28-- der Lücken --24-- liegen auf einem zum Zahnradkörper --22-- konzentrischen Kreis p 1, wogegen die Krümmungsmittelpunkte --29, 30-- auf einem etwas kleinerem Kreis p2 liegen.
Die Tangenten --32--, die im Übergangspunkt --31-- von dem Kreisbogen --11-- auf die Kreisbögen --16 bzw. 17-- an diese Kreisbögen gemeinsam angelegt sind, schliessen mit der Mittel- linie --33-- der Zähne --5-- einen Winkel von höchstens 30 ein. Besonders günstig ist ein Winkel zwischen Tangente --32-- und Mittellinie --33-- von etwa 5 . Bei diesem Wert wird auch bei Belastungsspitzen verhindert, dass die Zähne --5-- aus dem Eingriff mit den Zahnradzähnen - herausspringen.
Die Form der Zähne --5-- ist von wesentlicher Bedeutung. Bei herkömmlichen (z. B. trapezförmigen) Zähnen konzentrieren sich die Belastungen bzw. Spannungen in einem relativ kleinen Raum im Bereich der Fusspunkte der Zähne, wenn diese mit den Zahnradzähnen im vollen Eingriff stehen. Dabei bleiben jedoch die Aussenecken der Zähne unbeansprucht. Daraus ergibt sich eine ungleichmässige Lastübertragung zwischen den Zähnen und dem Zugglied. Diese ungünstigen Beanspruchungen führen zu einem Zahnriemen mit schlechtem Wirkungsgrad und mit einer vergleichsweise geringen Lebensdauer.
Zur Steigerung des Wirkungsgrades eines Zahnriemen-Zahnradgetriebes mit dem erfindungsgemässen Zahnriemen müssen derartige Belastungs- bzw. Spannungskonzentrationen und damit die ungleichförmige Lastübertragung an der Berührungsfläche von Zahn und Zugglied vermieden werden. Ein Zahnriemen, dessen Zähne erfindungsgemäss ausgebildet sind, ist in der Lage, den schlechten Wirkungsgrad sowie auch andere konstruktiv bedingte Fehler bekannter Zahnriemen zu vermeiden.
Der erfindungsgemässe Zahnriemen kann nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist jedoch das in der US-PS Nr. 3, 078, 206 beschriebene Verfahren. Eine andere Art der Herstellung für den erfindungsgemässen Zahnriemen ist ausführlich in der US-PS Nr. 2, 507, 852 erläutert.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.