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"Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung" Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung einer ersten Zahn- bzw. Riemenscheibe,
einer zweiten Zahn- bz Riemenscheibe, deren Drehachse im Abstand zur Drehachse der
ersten Zahn bzw. Riemenscheibe liegt, und einem endlosem flexiblen, komplementären
Treibelement im wesentlichen fier Länge, das die beiden Zahn- bzw. Riemenscheiben
miteinander so verbindet, daß die Drehbewegung einer der
Scheiben
auf die andere Scheibe übertragen wird, wobei mindesteng eine der Scheiben eine
Nabe, einen. Kranz und Nabe und Kranz e@nstückg miteinander verbindende Speichen
umfaßt. -Es ist bereits ein Kettenrad bekannt, dessen Kranz in Drehrichtung flexibel
mit der Kettenradnabe verbunden ist, so daß der Kranz des Kettenrades relativ zur
Kettenradnabe verdrehbar ist. Dadurch sollen Drehschwingungen zwischen Kranz und
Nabe des Kettenrades ausgeglichen werden, Bei dieser bekannten Einrichtung ist dafür
gesorgt, daß sich der Kranz stets in konzentrischer Lage zur Nabe befindet. Ausgehend
von diesem Stand der Technik soll ein Riemen- oder Kettentrieb geschaffen werden,
der zwei im Abstand zueinander liegende Zahn- bzw. Riemenscheiben umfaßt, die von
einem Zahnriemen, einem glatten Riemen oder, einer Kette umschlungen sind und bei
denen eine Drehbewegung von der einen Scheibe bzw. dem einen Rad auf die andere
Scheibe bzw. das andere Rad übertragen wird. Von den beiden Räderne oder Scheiben
soll mindestens eines oder eine so ausgebildet sein, daß bei Änderung des Achsabstandes
zwischen den beiden Scheiben bzw. Rädern oder bei einem Längen des Riemens oder
der Kette für eine ausreichende Straffheit des Riemens oder der Kette gesorgt ist,
um für eine einwandfreie Kraftübertragung zu sorgen, Eine Änderung des Achsabstandes
zwischen den beiden Achsen der Scheiben oder Räder kann beispielsweise dann erfolgen,
wenn die beide Achsen in einem gemeinsamen Block gelagert sind, der sich aufgrund
einer Erwärmung ausdehnt. Ein Längen des Treibriemens oder der Kette kann als Folge
einer
Materialermüdung nach längerer Betriebsdauer erfolgen. Von
den beiden Scheiben bzw. Rädern soll mindestens eine bzw. eines die Funktion eines
bisher für diese Aufgabe zusätzlich vorgesehenen Spannrades bzw. einer zusätzlich
dafür vorgesehenen Spannrolle übernehmen, so daß die Spannrolle, die Aufhängung
dafür und die Federmittel zur elastischen Anbringung der Spannrolle entfallen können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die
die Nabe und den ganz einstückig miteinander verbindenen Speichen sich spiralförmig
so zwischen der Nabe und dem Kranz erstrecken, daß der Kranz exzentrisch zur Nabe
bei Drehung der Scheibe verlagerbar ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verbindung
zwischen der Nabe und dem Kranz nachgiebig ist.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht ein einstöckig an die Nabe
und an den Kranz angeformtes und dazwischen verlaufendes Spiralelement vor, das
radial derart verlagerbar ist, daß die Exzentrizität zwischen der Nabe und dem Kranz
während der Drehung ermöglicht ist.
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Weiter sind erfindungsgemäß mehrere, einstöckig an die Nabe und den
Kranz aasgeformte und dazwischen verlaufende Spiralspeichen vorgesehen, die radial
derart verlegerbar sind, daß eine Ea zentrizitätzwischen der Nabe und dem Kranz
während deren Drehung ermöglicht ist.
Gemäß einem weitereN Merkmal
der Erfindung ist vorgesehen, daß einer der Drehkörper aus Kunststoff hergestellt
ist. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß die Teile eines der Drehkörper
aus verschiedenen Kunststoffen gebildet sind, die während dessen Herstellung zu
einer Einheit geformt sind.
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Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß Dämpfungselemente zwischen
der Nabe und dem Kranz zur Aufnahme von Schwingungen in diesen Teilen vorgesehen
sind. Dabei ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, daß die Dämpfungselemente
ein längliches Element umfassen, das an der Nabe befestigt ist und von ihr radial
nach außen verläuft, sowie an den Kranz befestigte Reibungselemente, die an dem
länglichen Element angreifen.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß an die Nabe
Elemente angeschlossen sind, die ihr eine zusätzliche Trägheit verleihen und damit
die Einflüsse von Schwingungen auf die Nabe verringern.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist,daB die nachgiebige Verbindung
zwischen der Nabe und dem Kranz mehrerer auf dem,Umfang verteilter Spiralspeichen
umfaßt, die ein stückig mit der Nabe und dem Kranz geformt sind und sich
zwischen
ihnen erstrecken.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß zu den Elementen,
die zur Schaffung einer zusätzlichen Trägheit vorgesehen sind, ein Gewicht gehört,
daß an ein längliches Element angeschlossen ist und. radial außen im Abstand von
der Nabe liegt.
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Schließlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Riemen bzw. Kettentrieb
in einer Bren@kraftmaschine zwischen der Kurbelwelle und der im Abstand etwa parallel
zuer Kurbelwelle liegenden Nockenwelle Verwendung findet.
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Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen sind:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Zahnriementriebes in einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung, Fig. 2 eine Einzelheit in Seitenansicht, die das getriebene Rad der Fig.
1 zeigt, Fig. 3 ein Schnitt durch das getriebene Rad der Fig. 1 und 2 im wesentlichen
an der Schnittfläche 3-3 der Fig.2?
Fig. 4 ein Schnitt durch ein
weiteres Ausführungsbeispiel des angetriebenen Rades gemäß der Darstellung in Fig.
1 bis 3 im wesentlichen an einer Schnittfläche, die der Schnittfläche 3-3 der Fig.
2 entspricht, Fig. 5 ein Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des getriebenen
Rades gemäß der Darstellung in Fig. 1 bis 3 an einer Schnittfläche, die im wesentlichen
der Schnittfläche 3-3 der Fig. 2 entspricht, Fig. 6 eine Seitenansicht eines weiteren
Ausführungsbeispieles des getriebenen Rades gemäß der Darstellung in Fig. 1t bis
3, das mit Dämpfungselementen versehen ist, . Fig. 7 ein Schnitt durch das in Fig.
6 gezeigte Ausführungsbeispiel im wesentlichen an der Schnittfläche 7-7 der Fig.
6 , Fg. 8 eine Seitenansicht eines weiteren AusführungsbeispIels des getriebenen
Rades gemäß der Darstellung . in pig.;..1 bis 3 und
Fig. 9 ein Schnitt
durch das in Fig. 8 gezeigte Ausführungenbeispiel im wesentlichen an der Schnittfläche
9-9 der Fisg. B. Der in Fig. 1 gezeigte Mechanismus besteht aus einem relativ kleinen
Antriebsrad 6, das an das Ende einer drehbar am mit 10 angezogenen Metallmotorblock
gelagerten Kurbelwelle S befestigt ist, aus einem relativ großen getriebenen Rad
12, das an das Ende der Nockenwelle 14 befestigt ist, welohe parallel zur Kurbelwelle
verläuft und die ebenfalls drehbar am Metallmotorblock 10 gelagert ist, und aus
einem straffen, starken, nicht streckbaren endlosen Riemen oder einer entsprechenden
Kette 16, dessen oder deren Zähe 17 in das treibende und in das getriebene Red eingreifen
und die beiden Räder verbinden, um die Drehbewegung von dem einen auf das andere
Rad zu übertragen. Da die Kette im wesentlichen aus einer unveränderlichen Länge
besteben kann, die keine Elastizität erfordert, soll ihre Konstruktion vorzugsweise
so ausgeführt sein, um eine optimale Zugfestigket zu liefern. In der dargestellten
Ausführung ist die Kette aus einem lamellierten Material bestehend aus organischem
polymer mit Gewebeeinlage gebildet, wobei die Zähne eingeformt sind und eingebettete
endlose Metalldraht-oder Glasiaserstränge vorgesehen sind, um der Kette die hohe
Zugfestigkeit zu verleihen. Eine solche Kette bat den
Vorteil, im
Vergleich zu einer Metallgliederk@tte relativ geräuscharm zu sein.
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Fig. 2 zeigt das getriebene Rad 12 am deutlichsten, das eine an die
Nockenwelle 14 mittels eines Keils 19 befestigte Nabe 18 aufweist. Ein Krans 20
enthält an seiner äußeren Peripherie eine Anzahl von Zähnen 21, die aos ausgebildet
sind, um in die Zähne 17 an der Kette 16 einzugreifen und mit ihnen zusammenzuwirken;
dieser Kranz ist mittels einer Reihe einstöckig eingeformter Spiralspeichen 22 mit
der Nabe verbunden. Die Spiralform der Speichen liefert die elastische Länge für
die gewünschte radiale Flexibilität des Kranzes 2Ö gegenüber der Nabe 18.
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Das Rad 12 kann aus jedem geeigneten Material geformt sein, das die
gewünschte radiale Flexibilität oder das Maß an radialer Verlagerung zwischen dem
Kranz 20 und der Nabe 18 erbringt. Solches Material muß ein leichtes Formen in die
gewünschte Form gestatten, und es ist zweckmäßig, daß ein möglichst geringer Aufwand
an mechanischer Bearbeitung oder anderen Fertigungsgängen erforderlich ist. Zu anderen
zweckmäßigen Eigenschaften gehört das Fehlen der Notwendigkeit zur Oberflächenbehandlung
der Zähne 21, eine gute Versehleißfestigkeit der Zähne 21, um den bestmöglichen.
Riemenverschleiß $u liefern, und einrelativ
geringer
thermischer Ausdehnungskoeffizient. In echten Ausgestaltungen der Erfindung hat
sich herausgestellt, daß duktiles Eisen, Aluminium oder Kunststoffe zur Bildung
der Scheibe 12 gut geeignet sind. Bei Kunststoffmaterial kann es sich um eine einzige
Zusammensetzung oder um eine Kombination von Stoffen handeln, zum Beispiel um einen
Nylonkranz mit aus glasverstärktem Phenolmaterial hergestellten Speichen und Naben.
Eine solche Ausführung läßt sich leicht mit jedem bekannten Kunststofformverfahren
herstellen. Andere Kunststoffe sind ebenfalls geeignet, wobei besonders zu beachten
ist, daß insbesondere unter Verwendung von Kunststoffen Spritzgußverfahren oder
dergleichen die Ausschaltung aller maschinellen Bearbeitungen nach Formen der Grundeinheit
bewirken können.
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Bei der Herstellung des Rades 12 wird je nach verwendetem Material
die Grundkonstruktion durch Gießen oder Formen gebildet, wobei die relative Lage
des Kranzes, der Speichen und der Nabe veränderlich ist, um dem jeweiligen Gieß-oder
Formverfahren zu entsprechen. So können zum Beispiel gemäß der Darstellung in Fig.
3 die Spiralspeichen 22 in der mittleren Ebene der Nabe 18 und des Kranzes 20 liegen.
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Die in Fig. 4 gezeigte modifizierte Ausführung zeigt eine Anordnung
der gleicher. Spiralapeiohen 22 in einer solchen Zage, daß ihre Stirnseiten
mit dem Krans 20 fluchten, um
auf diese Weise ein Entfernen
der Formteilungsrippen aus dem Gußteil zu erleichtern. In Fig.5 ist eine dritte
modifizierte Ausführung gezeigt, in der die Speichen 22 in zwei verschiedenen Ebenen
angeordnet sind, um ein Gießen in einer Sandform mit geringer mechanischer Festigkeit
zu erleichtern. Diese drei Beispiele sollen die Konstruktion der Erfindung nicht
einengen, dienen vielmehr zur Veranschaulichung der Anpassungsfähigkeit an verschiedene
Gießverfahren. In allen Fällen liefert die Spiralform der Speichen 22 eine ausreichende
Torsionsfestigkeit, um die Drehmomentübertragung mittels der Vorrichtung zu gewährleisten.
Bezugnehmend auf Fig. 2 ist zu beachten, daß in dem fertiggestellten Zustand ohne
Ketten- oder Riemenspannung an dem Rad der Kranz 20 und die Nabe 18 konzentrisch
liegen und einen gemeinsamen Mittelpunkt 0 auf der senkrechten Achse a aufweisen,
Wenn die Kette 16 allerdings auf die Räder aufgelegt ist, verursacht sie eine Spannung
und eine Verlagerung der Mitte des Kranzes 20 auf den Mittelpunkt 0' auf der senkrechten
Achse b, so daß eine Exzentrizität um das Maß x gegenüber dem Mittelpunkt 0 entsteht.
Diese exzentrische Lage des Kranzes und die daraus herrührende Ausbiegung der Spiralspeiohen
ist durch die strichpunktierten Linien in Fig. 2 dargestellt. Die Anzahl der Speichen
und ihre gleichen winkelabstandslagen an der
Peripherie von Kranz
20 und Nabe 18 sind so gewählt, um eine gleichförmige radiale Elastizität und eine
dynamische Auswuchtung der Scheibe zu gewährleisten, um eine vibrationsfreie Drehung
zu liefern.
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Im Betrieb ist die Kette 16 auf die Räder in gespannter Lage aufgezogen,
wenn der Motor kalt ist, und infolgedessen tritt kein Durohhang vor oder während
des Warmlaufens des Motors auf. Die elastischen Speichen, die die Nabe 18 und den
Kranz 20 des Rades verbinden, gewährleisten eine straffe Kettenspannung unabh@ngig
von kleinen Abweichungen in Teilmaßen, Abstandsfehlern auf Grund von Fertigungstoleranzen
und dergleichen. Im montierten Zustand ist die Drehachse a der @abe 18 gegen die
Drehachse b des Kranzes 20 um eine Ausgangsgröße x versetzt. Die Größe X wird durch
ein Vorspannen der Kette auf angenähert oder etwas mehr als die höchste tangentiale
Schwingungskraft, die durch den Lauf des Motors auf die Kette aufgegeben wird, oder
durch die zur Erzeugung der kleinsten gewünschten Riemensohwingfrequenz erforderlichen
Spannung bestimmt. Bei einem bestimmten Motor zum Beispiel ist eine Vorbelastung
von 23 kg zwischen den Drehkörpern 6 und 12 gleich der höchsten erforderlichen tangentialen
Kraft oder überschreitet sie geringfügig, um die
Spitzendrehmoment-Gegenwirkung
der Nooke an der Nockenwelle
14 zu überwinden. Wenn ein solches
Vorspannen des Körpern 12
nicht erfolgt, führt die verschiedentlich
auf die Kette 16 aufgegebene schwingende tangent als Kraft zu einem "Schlagen" des
Körpers 12.
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Das Achsenverlagerungsmaß x des Kranzes 20 liegt in entgegengesetzter
Richtung zur thermischen Audehnung des Motorblocks 10 bei einem Warmwerden des Blocks.
Mit anderen Worten, bei einem Warmwerden des Motors bewegt sich die Nockenwelle
14 von der Kurbelwelle 18 weg, und das Maß x wird größer, um auf diese Weise die
Exzentrizität zu erhöhen. Gleichzeitig bleibt wegen der wichtigen Unelastizität
des Riemens oder der Kette 16 der Kranz 20 in der gleichen räumlichen Lage gegenüber
dem Antriebsrad 6. Diese anfängliche kontrollierte Exzentrizität gewährleistet,
daß die Exzentrizitätsrichtung immer glei@h ist, auch wenn ihre Größe Unterschieden
unterliegt. Diese relative Lage begünstigt weiter stabile Verhältnisse im Antriebssystem,
zu denen d@esen Fähigkeiten gehört, eine Antriebskraft zwischen den Elementen 6
und 12 zu übertragen, ohne daß Torsionnschwingungen auftreten.
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Da manche Antriebe Schwingungserregungen innerhalb ihrer Drehzahlbereiche
unterliegen, kann es sich als zweck mäßig erweisen, Dämpfungs@lemente vorzusehen,
um Torsions-oder Radialsohwingungen zu absorbieren.
In Fig. 6 ist
eine Dämpfung gezeigt, die aus einem an der Nabe 18 befestigten Radialelement 23
besteht, das in reibendem Kontakt mit dem Kranz 20 oder mit Flächen in der Nähe
des Kranzes des Rades 24 steht. Bei diesen Reibungskontakten kann es sich um Einlagenblöcke
24 handeln, die in geeignete Aussparungen 26 im Krans 20 eingesetzt sind und am
Element 23 reiben.
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Da bei@jeder Umdrehung eine Relativbewegung erfolgt, nehmen die Blöcke
25 einen kleinen Betrag an Reibungsenergie auf, die zunimmt, wenn das System vibriert,
und die erforderliche Dämpfung schafft, um die Riemen- oder Kettenvibration innerhalb
einer zulässigen Amplitude zu halten, um auf die von den Schwingungen herrührenden
Laufgeräusehe und die zusätzlichen Kräfte einzuwirken.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, ein angemessenes polares Trägheitsmoment
an der Nockenwelle vorzusehen, um die Winkelgeschwindigkeitsänderungen der Nockenwelle
auf Grund der vorgegebenen Drehmomentschwingungen zu begrenzen, die von den Nocken
verursacht werden. Das begrenzt das erforderliche Maß der Dämpfung und den Energieverlust
sowie die Kühlungsanforderungen an den Reibungsflächen 27.
Um
ein Trägheitsmoment am Kranz und/oder an der Nabe zu erhalten, kann dieses zusätzliche
polare Trägheitsmoment durch Gewichte 28 gemäß Fig. 6 oder durch die Kombination
des Elementes 27 mit einem der Zubehörteile erreicht werden, die ein entsprechendes
polares Trägheitsmoment haben und mit der Drehzahl der Nockenwelle laufen. Für diesen
Zweck kann zum Beispiel der Ventilator 29 benutzt werden, der direkt auf der Nockenwelle
gelagert ist, wie das in Fig. 6 und 7 gezeigt ist, oder der indirekt über eine thermostatisohe
Kupplung 30 gemäß Fig. 8 und 9 gekuppelt ist. Im letzteren Fall stallt das treibende
Element der thermostatischen Kupplung die permanente Masse dar, die der Kurbelwelle
beigegeben ist, wobei das Kupplungsgehäuse und der Ventilator nur dann laufen, wenn
der Ventilator eingekuppelt ist. Damit ist ein Spannrad geschaffen, das relativ
einfach herzustellen und zu @ontieren ist und das dafür sorgt, daß der Riemen oder
die Kette ständig auf Grund der elastischen Verbindung zwi@chen der Nabe und dem
Kranz der Vorriohtung straff gehalten wird. Unterschiede in Fertigungstoleranzen,
Verschleiß oder thermischen Verhältnissen am Motor, die zu einer Änderung dos *betendes
zwischen den Drehkörpern führen können, werden leicht und wirksam aufgenommen. Die
Vorrichtung ist ohne weiteres auf verschiedene Motorkonstruktionen anpaßbar
und. kann in Verbindung
mit anderen Motorteilen benutzt werden,
um einen optimalen Lauf der Triebübertragung zu liefern.