DE2655610C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnriementrieb nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Treibriemen, die zusammen mit Zahnscheiben verwendet werden,
sind in der einschlägigen Technik bekannt. Diese Riemen weisen
eine Viehzahl von miteinander abwechselnden Zähnen und Vertiefungen
oder Zahnlücken auf, die sich im allgemeinen quer zum
Riemen erstrecken und mit miteinander abwechselnden Zahnlücken
und Zähnen an den Zahnscheiben oder -rädern zum Eingriff kommen,
um ihre Antriebsfunktion zu erfüllen. Derartige Zahnriemen
finden ihre weiteste Verwendung als sogenannte Synchron-
oder Zwanglaufriemen und bestehen aus flexiblem, nachgiebigem
Material, z. B. aus natürlichem oder synthetischem Gummi. Die
Riemen werden hinsichtlich Teilung, Zahntiefe, Breite und
anderen Maßen mit Genauigkeit berechnet und unter Einhaltung
extrem enger Toleranzgrenzen mit hoher Präzision gefertigt.
Zusätzlich wird ein hochfestes, den Zugspannungen Widerstand
entgegensetzendes Zugteil aus im wesentlichen undehnbarem
Material vorgesehen, und zwar vor allem an der Fußlinie
der Zähne, um eine unzulässige bzw. nicht gewünschte
Reckfähigkeit oder Streckbarkeit des Riemens zu verhindern.
Eine solche Riemenkonstruktion erlaubt den flexiblen, nach
giebigen Riemenzähnen ohne eine wesentliche Änderung der
Teilung mit den Zähnen der Zahnscheiben zu kämmen, wobei
der Riemen als ein synchronisierender Riemen arbeitet.
Die Arbeitsweise und Vorteile von Synchronantriebsriemen
sind in der US-PS 25 07 852 eingehend beschrieben.
In typischer Weise haben die Antriebszähne von zwangsläufigen
Treibriemen eine geradlinige Querschnittsform,
meistens sind sie - im Längsschnitt betrachtet - trapez
förmig. Der Abstand bzw. die Breite der Lücke zwischen
den Riemenzähnen wurde ursprünglich so ausgelegt, daß
er größer war als die Breite am Fuß des Riemenzahnes.
Es sind jedoch in bezug auf Riemenbruch aufgrund des
Abscherens von Riemenzähnen als Ergebnis der Konzentration
von Spannungen im Riemen Probleme aufgetreten. Demzufolge
wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen, das bestehende
Riemenzahnprofil zu verändern, um das Problem des Abscherens
der Zähne zu lösen. Um beispielsweise eine mehr
zufriedenstellende Belastungs- oder Spannungsverteilung
im Riemen zu erreichen, wurde die Anzahl der Riemenzähne
für eine gegebene Riemenlänge erhöht. Zusätzlich wurde
der einzelne Riemenzahn in seiner Ausdehnung vergrößert,
um einen größeren Widerstand gegen sein Abscheren zu erhalten.
Durch diese Maßnahme wurde naturgemäß der Abstand
zwischen den Riemenzähnen vermindert, so daß die Breite
des Fußes des Riemenzahnes gleich dem oder größer als der
Abstand zwischen den Zähnen ist.
Entsprechend einem Prinzip jüngeren Datums soll das Maß
verhältnis zwischen Riemenzähnen sowie -zahnlücken und
Scheibenzähnen sowie -zahnlücken derart sein, daß die
Höhe der Riemenzähne kleiner als die oder gleich der Tiefe
der Scheibenzahnlücken ist. Wenn der Riemen um die Scheiben
läuft, tritt demzufolge gewollt ein Spielraum bzw. Spalt
oder gerade noch eine Berührung zwischen der am weitesten
erhabenen Fläche, dem Kopf eines jeweiligen Riemenzahnes und
demjenigen Teil der Scheibe auf, der den Boden der Scheiben
zahnlücke bildet. Eine nur scheinbare Ausnahme von dem vor
anstehend erläuterten Prinzip ist in der US-PS 37 56 091
beschrieben. Es ist dort ein Zahlenbeispiel angegeben, bei
dem die radiale Höhe der Riemenzähne um bis zu 1,9% größer
als die Tiefe der Scheibenzahnlücke ist. Es ist dort aber
nicht nur fehlender Kontakt, d. h. ein Spielraum zwischen
dem jeweiligen Kopf der Scheibenzähne und dem jeweiligen
Fuß des Riemens vorhanden, sonder es liegt dort trotz dieses
Maßverhältnisses zwischen Riemenzahn- und Scheibenzahn
höhe - wie explizit angegeben - ebenfalls auch ein
Spielraum bzw. Spalt von sogar bis zu 10% der Zahnhöhe
zwischen den Köpfen der Riemenzähne und dem jeweiligen
Boden der Scheibenzahnlücke vor. Als optimal ist ein Spiel
raum bzw. Spalt mit einem Wert zwischen 0 und 2% angegeben.
Dieser Spielraum beruht trotz höherer Riemenzähne darauf,
daß bewußt vorgesehen ist, daß die Scheibenzähne mit den
Riemenzähnen in entscheidendem Maße lediglich an den Zahn
flanken zur Anlage kommen. In der parallelen DE-OS 19 57 922
ist für das gleiche Beispiel (jedoch nur aufgrund
eines Umrechnungsfehlers) ca. 3,5% größere Riemenzahnhöhe
angegeben. Auch dort ist aber ausdrücklich wiederum dieser
Spielraum zwischen dem Riemenzahnkopf und dem Boden der
Riemenzahnlücke vorgesehen, nämlich wieder bis zu 10%,
und als optimaler Spielraum ist der Wert 2% der Riemen
zahnhöhe angegeben.
Es wurde festgestellt, daß Riemen für die diese obigen
Bedingungen gegeben sind, noch nicht optimiert sind,
und zwar dies insbesondere hinsichtlich ihrer Lebensdauer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zahnriemen
trieb der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern,
daß die Lebensdauer des Riemens wesentlich erhöht ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt zugrunde, dafür zu
sorgen, daß der Zahnriemen ohne Knickungen bzw. ohne
polygonartige Form anzunehmen und/oder ohne Walken auf
den Riemenscheiben läuft. Erreicht wird dies erfindungsgemäß
dadurch, daß die Spitzen der Riemenzähne an den Boden
flächen der Lücken zwischen den Zähnen der Riemenscheibe
beim Lauf über die Riemenscheibe bewußt herbeigeführt
unter Druck anliegen, d. h. eine radiale Zusammenpressung
der (unbelasteten) Riemenzahnhöhe um bis zu 20% dieser
Höhe erfahren. Das erfindungsgemäß vorgesehene radiale
Zusammenpressen der Riemenzahnköpfe ist ein neues, den
oben erörterten bisherigen Lehren entgegengesetztes
Prinzip. Die Zahnlücken der Riemenscheibe sind jetzt voll
ständiger ausgefüllt, und der Riemen ist über seinen
Auflagebereich auf den Riemenscheiben so gleichmäßig abgestützt,
daß er nunmehr ohne Knickung tangential auf die
Riemenscheiben auf- bzw. von diesen abläuft und auch ohne
Knickung auf der Scheibe umläuft. Die Lebensdauer des
Treibriemens wird dadruch gegenüber bekannten Formen ganz
erheblich erhöht, und zwar obwohl für den Riemen der
Erfindung auch nur das für bekannte Zahnriemen übliche
Material verwendet bzw. erforderlich ist.
Für die Beschreibung der Erfindung gilt, daß die Höhe der
Riemenzähne die kürzeste Strecke von der Fußlinie zum
äußersten Ende des Kopfes des Zahnes bezeichnet wird. Die
Höhe der Scheibenzähne ist die radiale Entfernung vom
Fußkreis der Scheibe zum radial äußersten Ende eines jeden
Scheibenzahnes.
Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen
erläutert.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht des aus einem Riemen und
Riemenscheiben bestehenden Riementriebs, wobei einige
Teile abgebrochen dargestellt sind,
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 1 zur
deutlichen Angabe der Maßverhältnisse zwischen den
Riemenzähnen sowie Riemenzahnlücken und den Scheiben
zahnlücken sowie Scheibenzähnen, wobei einige Teile
abgebrochen dargestellt sind, um die Berührung
zwischen Zahnriemen und Zahnscheibe deutlicher
erkennen zu können,
Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungs
form,
Fig. 4, 5 und 6 zeigen Abwandlungen des in den Fig. 1 und
2 dargestellten Riemens gemäß der Erfindung
Der Riementrieb 10 (Fig. 1 und 2) weist einen flexiblen,
um ein Paar von Zahnrädern oder Riemenscheiben 12, 13
gezogenen Treibriemen 11 auf, der eine Vielzahl von miteinander
abwechselnden Zähnen 14 und Zahnlücken 15 hat, die im
allgemeinen quer zum Riemen verlaufen. Die Riemenscheiben 12, 13
sind mit einer Vielzahl von miteinander
abwechselnden Zähnen 16 und Zahnlücken 17 versehen, die
sich in axialer Richtung der Scheiben erstrecken und mit
den Riemenzähnen 14 bzw. -zahnlücken 15 während des
Arbeitens des Riementriebes 10 kämmen oder in Eingriff sind.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung dient der Riemen 11
dazu, eine Kraft von der treibenden Riemenscheibe 12
auf die angetriebene Riemenscheibe 13 zu übertragen. Selbst
verständlich könnte jede der Riemenscheiben die treibende
bzw. getriebene sein.
Wie der Fig. 2 am besten zu entnehmen ist, ist das Maßverhältnis
der Riemenzähne 14 sowie -zahnlücken 15 und der
Scheibenzähne 16 sowie -zahnlücken 17 derart, daß auf der
Längserstreckung L des Riemens 11 zwischen den Riemenscheiben
12 und 13 die Höhe H der Riemenzähne 14 mindestens
4% bis maximal etwa 20% größer ist als die Tiefe D der
Scheibenzahnlücken 17. Bei dem Lauf des Riemens 11 um die
Scheiben 12, 13 kommen die am weitesten außen liegenden
Flächen 18 des Kopfes der Riemenzähne 14, die den Riemenscheiben
12, 13 gegenüberliegen, mit den Flächen 19 des
Fußes der Riemenscheibe 12, die zwischen den Scheibenzähnen
16 liegen und den Boden der Scheibenzahnlücken 17 bestimmen,
in Berührung. Gleichzeitig werden die Riemenzähne 14
zusammengedrückt, um ihre Höhe H zu vermindern, so daß die
radial auswärts gerichteten äußersten Teile 20 des Kopfes
der Scheibenzähne 16 mit den Flächen 21 des Fußes des Riemens
11, die zwischen den Riemenzähnen 14 liegen und den Boden
der Riemenzahnlücken 15 bestimmen, in Berührung kommen.
Der Riemens 11 weist ein Hauptteil 22 aus flexiblem, polymerem
Werkstoff, z. B. natürlicher oder synthetischer Gummi
od. dgl. auf. Das Hauptteil 22 enthält ein Zugteil 23 eines
im wesentlichen in hohem Maße undehnbarem Materials, z. B.
eingehüllte Glasfaserbündel oder Stahllitzen, um dem Riemen
die notwendige Festigkeit und Stabilität in der Längsrichtung
zu geben. Die Riemenzähne 14 mit im wesentlichen
gleicher Höhe sind einstückig an wenigstens einer Fläche
des Hauptteiles 22 ausgebildet, wobei die Riemenzähne quer
zum Riemen 11 verlaufen. Wenn es gewünscht wird, können die
Riemenzähne 14 an jeder Fläche des Hauptteiles 22 ausgeformt
sein.
Das Zugteil 23 ist im wesentlichen an der Fußlinie BD der
Riemenzähne 14 des Riemens 11 angeordnet, wie das bei Synchron
treibriemen bekannt ist (US-PS 25 07 852). Das hochfeste
Zugteil 23 dient dazu, eine unzulässige Reckfähigkeit
des Riemens 11 zu verhindern, und es ermöglicht, daß die
Riemenzähne 14 mit der notwendigen Genauigkeit mit den
Scheibenzähnen 16 kämmen.
Vorzugsweise haben die Riemenzähne 14 einen Verschleißbelag
24 aus einem textilen Gewebematerial, z. B. Nylongewebe.
Jeder Riemenzahn 14 ist mit in hohem Maß an Genauigkeit
unter Einhaltung sehr enger Toleranzen gestaltet und gefertigt,
so daß während des Betriebes des Riementriebes 10
die Riemenzähne 14 mit den Zähnen der Riemenscheibe 12
trotz der vorgesehenen ohne irgendeine erkennbare Veränderung
der Teilung zum Eingriff gebracht werden können.
Um das Maßverhältnis des Riemens 11 und der Riemenscheibe
12 mit anderen Worten festzulegen, kannman sagen, daß die
Riemenscheibe 12 Scheibenzähne 16 hat, deren Höhe h geringer
ist als die Höhe H eines nicht gepreßten Riemenzahnes 14
und wenn der Riemen in ungespanntem Zustand ist. Läuft
der Riemen 11 um die Riemenscheiben 12, 13 und ist er
gespannt, dann erfassen die außen liegenden Flächen 18 des
Kopfes der Riemenzähne 14 kraftschlüssig die Flächen 19
des Fußes der Riemenscheibe 12 zwischen den Scheibenzähnen
16, wobei die Riemenzähne 14 im angegebenen Maße zusammen
gedrückt werden, so daß die äußersten Teile 20 des Kopfes
der Scheibenzähne 16 dazu gebracht werden, gleichzeitig
kraftschlüssig die Flächen 21 des Fußes des Riemens 11
zwischen den Riemenzähnen 14 zu erfassen.
Vorzugsweise ist die Höhe H des Riemenzahnes von etwa 4 bis
etwa 15% größer bemessen als die Tiefe D jeder Scheiben
zahnlücke 17 oder umgekehrt wird die Höhe h jedes Scheiben
zahnes 16 umd etwa 4 bis 15% geringer gehalten als die
Höhe H eines Riemenzahnes 14. Es wird noch mehr bevorzugt,
daß die Höhe H eines jeden Riemenzahnes 14 etwa 4
bis 7% größer ist als die Tiefe D einer jeden Scheiben
zahnlücke 17 bzw. als die Höhe h eines jeden Scheibenzahnes
16. Für optimale Ergebnisse soll die Höhe H eines jeden
Riemenzahnes 14 um etwa 5% größer sein als die Tiefe einer
jeden Scheibenzahnlücke 17 oder als die Höhe h eines
jeden Scheibenzahnes 16.
Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Riemenzähne 14 mit
größerer relativer Höhe H im Betrieb bei Berührung mit
den Flächen 19 des Fußes der Riemenscheibe 12 zwischen
den Scheibenzähnen 16 zusammengedrückt werden. Diese
Riemenzähne 14 bilden ein Auflager für das Zugteil 23 im
Zahnbereich A des Riemens, in welchem jeder Riemenzahn 14
mit dem Riemenhauptteil 22 verbunden ist. Auf diese Weise
werden die senkrechten, auf das Zugteil 23 wirkenden
Spannungen im Zahnlückenbereich a des Riemens, der im
allgemeinen den Flächen 21 zwischen den Riemenzähnen 14
benachbart liegt, mit der Wirkung einer Lebensdauer
verlängerung vermindert.
Mit der vorliegenden Erfindung ist ein Auflager bzw.
Träger für das Zugteil 23 geschaffen, wobei die Umfangser
streckung X der Basis oder des Fußes 25 eines jeden Riemen
zahnes 14 - gemessen an seiner Fußlinie BD - gleich oder
größer ist als die Umfangserstreckung x des Fußes 26 eines
jeden Scheibenzahnes 16 - gemessen an seiner Fußlinie PD -,
wenn der Riemen 11 um die Scheiben 12 und 13 umläuft.
Beispielsweise ist die Erfindung von besonderer Bedeutung, wenn
das Verhältnis der Strecke X des Fußes 25 jedes Riemenzahnes 14
zur Strecke x des Fußes 26 jedes Scheibenzahnes
16 so groß ist wie etwa 2 : 1. Diesen Zustand größter
Nutzwirkung kann man auch anders ausdrücken; wenn der Riemen
11 um die Riemenscheiben 12, 13 läuft, dann ist die Umfangs
erstreckung X jedes Riemenzahnes 14 - gemessen an seiner
Fußlinie BD - gleich oder größer als die Umfangserstreckung
x jedes Scheibenzahnes 16 - gemessen an seiner Fußlinie PD -,
wobei die Umfangserstreckung X jedes Riemenzahnes 14 etwa
zweimal größer ist als die Umfangserstreckung x eines jeden
Scheibenzahnes 16.
Daraus folgt, daß entlang der Längserstreckung L des
Riemens 11 die Breite oder lineare Länge Y des Fußes 25
eines jeden Riemenzahnes 14 an seiner Basis - gemessen im
wesentlichen an seiner Fußlinie BD - gleich oder größer ist
als der Abstand y zwischen zwei beliebigen Riemenzähnen 14.
Die Breite Y eines jeden Riemenzahnes 14 an seiner Basis
kann etwa 1,5- bis 2mal größer sein als die Breite y zwischen
zwei beliebigen Riemenzähnen 14. Hinsichtlich der Riemen
scheibe 12 liegt der Grund hierfür darin, daß die Umfangser
streckung x′ an der Mittellinie jedes Scheibenzahnes 16
- gemessen am Schnittpunkt der Tangenten seiner Flanken 28,
28′ mit dem Kopfkreis PA der Scheibenzähne 16 - gleich
oder geringer ist als die Umfangserstreckung X′ zwischen
den gegenüberliegenden Flanken 28, 28′ von irgendwelchen
zwei angrenzenden Scheibenzähnen 16 - gemessen am Schnittpunkt
der Tangenten der gegenüberliegenden Flanken mit dem
gleichen Kopfkreis PA. Es ist möglich, daß x′ um etwa 0,25
bis etwa 0,5 gegenüber X′ verschieden bemessen sein kann.
Aus demselben Grunde ist bevorzugt, daß beim Laufen des
Riemens 11 um die Riemenscheiben 12, 13 im wesentlichen
kein freier Raum oder Spalt zwischen den Flanken 27, 27′
der Riemenzähne 14 und den Flanken 28, 28′ der Scheibenzähne
16 vorhanden ist, so daß der Raum zwischen den die
Scheibenzahnlücken 17 bestimmenden Scheibenzähnen 16 im
wesentlichen von dem Riemenzahn 14 vollständig ausgefüllt
ist. Wenn der Riemen um die Riemenscheibe 12 läuft und die
Flanken 27 die Flanken 28 der Scheibenzähne 16 berühren,
ist jedoch etwas Raum zwischen den Flanken 27′ des Riemens
und den gegenüberliegenden Flanken 28′ der Scheibenzähne 16
zu erwarten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist, wenn der
Riemen 11 von der Riemenscheibe 12 angetrieben wird,
das ist der in Fig. 2 gezeigte Fall, eine kontinuierliche
Berührung zwischen dem Riemenzahn 14 und dem Scheibenzahn 16
vom anfänglichen Scheibenberührungspunkt PC an der
vorlaufenden Seite des Fußkreises PD der Scheibe zum Riemen
endberührungspunkt BC an der nachlaufenden Seite der Riemen
fußlinie BD vorhanden. Wenn der Riemen 11 der Riemenscheibe
12 treibt, dann ist andererseits die Berührung vom anfänglichen
Riemenberührungspunkt BC′ an der vorlaufenden Seite
der Fußlinie BD′ des Riemens zum Scheibenendberührungspunkt
PC an der nachlaufenden Seite des Fußkreises PD′ der
Riemenscheibe kontinuierlich, wie Fig. 3 zeigt.
In der Praxis wird deshalb für einen erfindungsgemäßen
Zahnriementrieb angestrebt, daß eine fortlaufende oder
ständige Berührung zwischen den einander gegenüberliegenden
Antriebsflächen des Riemens und der Riemenscheibe, die von
den jeweiligen Fußlinien und darüber hinaus bestimmt sind,
vorhanden ist.
Wie der Fig. 2 ebenfalls zu entnehmen ist, führt die von
den erfindungsgemäß bemessenen Riemenzähnen 14 vermehrter
Höhe und Größe gebildete Auflagerung für das Zugteil 23
zu einer Entlastung der Spannung im Bereich a des Riemens
und sie bewirkt, daß das Zugteil 23 eine im wesentlichen
kreis- oder bogenförmige (und nicht eine sehnenförmige)
Gestalt bei seinem Lauf um die Riemenscheiben 12, 13
annimmt. Die kreis- oder bogenförmige Bahn des Zugteils
stimmt recht genau mit dem theoretischen Teilkreis der
Riemenscheiben überein. Das hat zur Wirkung, daß eine
konstantere Winkelgeschwindigkeit vorliegt und weniger
Vibration auftritt, was zu einem glatt und ruhig laufenden
Antrieb 10 führt. Ferner wird die Lebensdauer des Riemens
ganz bedeutend erhöht, da auch der Abrieb im Bereich a des
Riemens vermindert wird.
Die spezielle Querschnittsausbildung der Riemenzähne 14
des Erfindungsgegenstandes ist weitgehend unbedeutend.
Beispielsweise können die Zähne bei Betrachtung im Längsschnitt
eine krummlinige Gestalt haben, wie die in den Fig. 1
bis 3 der US-PS 37 56 091 gezeigt ist. Darüber hinaus
können die Riemenzähne 14 A, die mehr als übliche geradlinige
oder trapezförmige Querschnittsausbildung haben (vgl.
US-PS 25 07 852), die in Fig. 4 der hier beigefügten Zeichnung
gezeigt ist. Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, kann auch
die Querschnittsform eines jeden Riemenzahnes 14 B oder
14 C teils geradlinig und teils gekrümmt sein.
Das Maßverhältnis gemäß der Erfindung kann erreicht werden,
indem man die Zahnhöhe eines flexiblen Treibriemens, der
zur Verwendung mit Riemenscheiben von Standardmaß geeignet
ist, vergrößert. Die gleiche Wirkung kann zusätzlich auch
durch Änderung in der Konstruktion und Gestaltung von
wenigstens einer Riemenscheibe erzielt werden, indem die
Tiefe der Scheibenvertiefungen bzw. -zahnlücken oder die
Höhe der Scheibenzähne vermindert wird, um dadurch die
Scheibe zur Verwendung mit einem flexiblen Treibriemen von
Standard-Riemenzahngröße geeignet zu machen.
Die besonderen Eigenschaften und Vorteile des Erfindungs
gegenstandes werden durch das folgende Beispiel deutlich.
Um die Leistungsfähigkeit von Riemen und Riemenscheiben mit
den neuartigen Maßverhältnissen gemäß der Erfindung mit
solchen Riemen und Riemenscheiben zu vergleichen, die die
üblichen Maßverhältnisse haben, wurde in folgender Weise
verfahren. Es wurden einzelne Riemenmuster für zwangläufigen
oder synchronen Antrieb nach herkömmlichen Verfahren
unter Verwendung von üblichen, in der einschlägigen Technik
bekannten Materialien gefertigt. Alle diese Riemen
wurden aus einer Neoprengummizusammensetzung mit einer
Nylongewebeauflage an den Riemenzähnen und mit einem Zugteil
aus Glasfaserkord, das im wesentlichen an der Fußlinie
der Riemenzähne angeordnet wurde, gebildet. Nach ihrer
Herstellung wurden die Riemenmuster auf Riemenscheiben
von passender Abmessung und Gestaltung dynamisch unter
sucht, wie nachfolgend beschrieben werden wir.
Zwei Arten von Riemenkonstruktionen wurden im Zusammen
wirken mit passenden, entsprechend ausgebildeten Riemen
scheibenbauarten geprüft. Diese Kombinationen werden
als Typ I und Typ II bezeichnet.
Bei dem Typ I hatten die Riemenzähne jedes Musterriemens
eine gekrümmte Querschnittsform; sie wurden in einem
Riementrieb zusammen mit Riemenscheiben von entsprechender
Ausbildung von der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art
geprüft. Alle Riemenmuster hatten - gemessen auf der
Längserstreckung des Riemens zwischen den Riemenscheiben
- die folgenden Abmessungen:
- - Teilung zwischen den Riemenzähnen: 8 mm
- - Breite oder lineare Erstreckung der Basis des Riemen zahnes, und zwar im wesentlichen an der Fußlinie des Zahnes gemessen: 5,18 mm
- - Abstand zwischen den Riemenzähnen - an der Fußlinie der Riemenzähne gemessen: 2,82 mm
Sieben dieser Riemenmuster waren von herkömmlicher Art
mit einer Zahnhöhe von 3,55 mm. Diese Riemen werden als
Riemenmuster A bezeichnet. Drei andere Riemenmuster, die
gemäß der vorliegenden Erfindung gefertigt wurden, hatten
eine Zahnhöhe von 3,81 mm, d. h. die Zahnhöhe war etwa
7,3% größer als die Zahnhöhe des Riemenmusters A. Diese
drei Riemen werden als Riemenmuster B bezeichnet.
Die Riemen A und B wurden an üblichen Scheiben mit einer
Standardzahnhöhe von 3,66 mm geprüft. Auf der Längser
streckung des Riemens war die Höhe der Zähne der Riemen
A um 0,11 mm geringer als die Höhe der Scheibenzähne oder
die Tiefe der Scheibenzahnlücken. Die Höhe der Zähne der
Riemen B war 0,15 mm oder annähernd 4,1% größer als die
Höhe der Scheibenzähne oder die Tiefe der Scheibenzahn
lücken.
Bei dem Typ II hatten die Zähne der Riemenmuster teilweise
eine geradlinige Querschnittsform, teilweise eine
gekrümmte Querschnittsform, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
- - Die Teilung der Riemenzähne war - gemessen in der Längsrichtung des Riemens zwischen den Riemenscheiben - 9,54 mm;
- - die Breite der Basis oder des Fußes jedes Riemenzahnes war - gemessen an der Fußlinie der Zähne - 5,97 mm;
- - der Abstand zwischen den Riemenzähnen betrug - gemessen an der Fußlinie - 3,58 mm;
- - die Riemenzähne hatten eine Höhe von 3,55 mm.
Es wurden neun Riemenmuster mit Riemenscheiben untersucht,
deren Zahnhöhe 3,66 mm betrug. Diese Riemenmuster werden
als Muster C bezeichnet. Neun weitere, als Riemenmuster D
bezeichnete Riemen wurden zusammen mit Riemenscheiben
untersucht, deren Zähne eine Höhe von 3,38 mm hatten, die
also um etwa 7,6% gegenüber üblichen Riemenscheibenzähnen
niedriger waren, um das Maßverhältnis der Erfindung
herauszustellen.
Auf der Längserstreckung des Riemens zwischen den Riemen
scheiben hatten die Zähne der Riemenmuster C eine Höhe,
die 0,11 mm geringer war als die Höhe der Scheiben
zähne, mit denen zusammen die Prüfung vorgenommen wurde. Die Höhe
der Riemenzähne bei den Mustern D war 0,17 mm oder um
etwa 5,3% größer als die Höhe der Scheibenzähne oder die
Tiefe der Scheibenzahnlücken, an denen untersucht wurde.
Die Riemen A bis D wurden in der folgenden Weise dynamisch
geprüft. Die Riemen wurden an einem Standard-Wasserbremsen
prüfgerät angebracht, das einen Drei-Scheiben-Aufbau hatte,
und zwar mit einer treibenden, einer getriebenen und einer
leerlaufenden Riemenscheibe. Die Riemen wurden bei einer
Antriebsbelastung von 5968 W geprüft, wobei jeder Riemen
mit einer Trumspannung von 409 N montiert war. Bei der
Prüfung der Riemen vom Typ I hatten die treibende und die
getriebene Riemenscheibe einen Außendurchmesser von 54, 86
mm, während die stützende Leerlaufrolle einen Durchmesser
von 76,2 mm hatte. Bei den Untersuchungen der Riemen vom
Typ II hatten die treibende und die getriebene Riemen
scheibe einen Außendurchmesser von 53,31 mm, während die
stützende Leerlaufrolle die gleichen Ausmessungen hatte
wie bei den Prüfungen von Typ I. Die Riemen wurden bis zum
Bruch geprüft, wenn nicht etwas anderes angegeben ist,
und die verstrichene Zeit bis zu der dem Bruch eines jeden
Riemens am nächsten kommende Stunde ist in der Tabelle 1
angegeben, wobei die Durchschnittszeit bis zum Bruch einer
jeden Grupppe von Musterriemen eingetragen ist.
Andere Riemenmuster der Konstruktion von Typ I, die in
ihren Maßen den Mustern A bzw. B gleichartig waren, wurden
in der folgenden Weise ebenfalls geprüft und werden gleichfalls
als Riemen A und B bezeichnet. Während des Versuchs
wurden ein Muster des Riemens A und drei Muster des Riemens
B verwendet. Jedes Riemenmuster wurde an einem gewichtsbelasteten
Biegeprüfgerät mit einer Zweischeiben-Anordnung
angebracht; der Außendurchmesser der treibenden
und der getriebenen Zahnscheibe war 54,86 mm. Die Antriebs-
Riemenscheibe wurde mit 3500 U/min betrieben, die
Kraft zwischen den Scheibenwellenachsen betrug 1111 N.
Die Riemen wurden bis zum Bruch geprüft, sofern nichts
anderes angegeben ist. Die bis zu der dem Bruch am
nächsten liegenden Stunde verstrichenen Zeit ist für jede
Gruppe von Riemenmustern in der Tabelle 2 angegeben,
wobei die Durchschnittszeit bis zum Bruch der drei Muster
des Riemens B eingetragen ist. Die Zeit bis zu anfänglichen
Brüchen ist ebenso angezeigt worden wie die Zeit
bis zum vollständigen Bruch.
Die Werte in den Tabellen 1 und 2 zeigen auf, daß die
Riemen B und D, deren Maßverhältnisse zu den Riemenscheiben
des Antriebssystems gemäß den Lehren der Erfindung gewählt
sind, eine bedeutend verbesserte Lebensdauer gegenüber den
Riemen A und C haben, deren Maßverhältnis zu den Riemen
scheiben herkömmlich ausgestaltet ist. Das zeigte sich bei
der Scheiben- und Riemenanordnung vom Typ I und II, wenn
die Prüfung mit einem Standard-Wasserbremsprüfgerät, wie
oben dargelegt und in Tabelle 1 aufgetragen ist, ausgeführt
wurde, und das wurde durch die Ergebnisse mit dem gewichts
belasteten Biegeprüfgerät für Scheiben- und Riemenanordnungen
vom Typ I bestätigt, wie Tabelle 2 zeigt.
Die einzige Veränderliche von Bedeutung war bei den
Vergleichsprüfungen die Höhe der Riemenzähne im Verhältnis zur
Höhe der Scheibenzähne oder der Tiefe der Scheibenzahnlücken
bei entsprechender Pressung der Riemenzähne. Die Höhe der
Riemenzähne war im Fall der Riemen B und D größer als die
Höhe der Scheibenzähne, während im Fall der Riemen A und C
die Höhe der Riemenzähne bei fehlender Pressung geringer
war als die Höhe der Scheibenzähne oder die Tiefe der
Scheibenzahnlücken. Die Prüfung zeigt auch auf, daß das
mit erfindungsgemäßer Pressung der Riemenzähne erzielte
Ergebnis durch Verwendung eines Riemens mit vergrößerter
Zahnhöhe bei Riemenscheiben, die Zähne üblicher Höhe haben
wie im Fall der Riemen- und Scheibenkombinationen vom
Typ I, oder auch durch Verwendung von Riemen mit üblicher
Zahnhöhe mit Riemenscheiben von verminderter Zahnhöhe wie
im Fall der Scheiben- und Riemenkombination vom Typ II
erreicht werden kann.
Die Werte geben ferner an, daß in üblichen Antrieben oder
solchen nach dem Stand der Technik ein frühzeitiger Bruch
bei den Riemen A und C eintritt, wo ein freier Raum oder
Spalt zwischen den Riemenzähnen und dem Boden des Raumes
oder der Lücke zwischen den Scheibenzähnen vorhanden ist.
Das Zugteil bei diesen herkömmlichen Riemen war in dem
gezahnten Bereich der Riemen ungenügend abgestützt, was
dazu führte, daß es eine Sehnenbahn bzw. einen Polygonzug
bei seinem Lauf um die Riemenscheibe annahm. Dieser Umstand
erzeugte eine übermäßige Belastung am Zugteil im
ungezähnten Bereich des Riemens zwischen den Riemenzähnen,
und der Bruch resultierte vor allem aus einem beträchtlichen
Abrieb in diesem Bereich.
Bei den Riemen B und D gemäß der Erfindung zu enthaltenden
Antrieben werden dagegen die Riemenzähne bei dem Lauf der
Riemen um die Riemenscheiben um einen erfindungsgemäß
bemessenen Betrag bei Berührung mit dem Boden der Scheiben
zahnlücken zusammengepreßt und es ist im wesentlichen
kein freier Raum zwischen den Riemenzahnflanken und den
Flanken der Scheibenzähne vorhanden. Die Riemenzähne dieser
Muster sorgen und sorgten für eine geeignetere Lagerung
oder Stützung des Zugteils im gezähnten Bereich der Riemen
und vermindern damit die Spannungen am Zugteil im ungezähnten
Bereich der Riemen, was dazu führt, daß das Zugteil
eine mehr kreis- oder bogenförmige Bahn bei seinem Lauf
um die Scheiben beschreibt (vgl. Fig. 2). Demzufolge wird
der Abrieb des Riemens zwischen den Riemenzähnen, wie
sich gezeigt hat, vermindert, wodurch sich die Lebensdauer
des Riemens ganz bedeutend erhöht.
Es wurde auch beobachtet, daß erfindungsgemäß bemessene
Riemen B und D enthaltende Antriebe mit geringerem Geräusch
und weniger Vibration arbeiten als Antriebe mit bekannten
Riemen A und C, bei denen zwischen den Riemen und -scheiben
herkömmliche Maßverhältnisse herrschen.
Bei den Werten der Tabelle 2 sind anfängliche Brüche
zusätzlich zum vollständigen Bruch angegeben worden, um
die Wirkung der abgeänderten Abmessungen gemäß der Erfindung
auf eine Verzögerung des ersten bemerkbaren Anzeichens
eines Riemenbruches zu vergleichen. Die Werte der Biege
versuche dienen ferner dazu, die nachteiligen Wirkungen zu
bestätigen, die aus der vom Zugteil bei seinem Lauf um
die Riemenscheibe herum durchmessenen sehnenartigen Bahn
gegenüber einer kreis- oder bogenförmigen Bahn resultieren.
Im Fall der Riemenmuster A, wobei die Riemenzähne nicht
ausreichend unterstützt sind, führt die durch die Gewichts
belastung hervorgerufene Riemenspannung dazu, daß eine
Belastung in dem Bereich zwischen den Riemenzähnen (ungezähnter
Bereich) konzentriert wird, was zu einem schnellen
Verschleiß führt. Im Gegensatz hierzu ergeben die gemäß der
Erfindung ausgebildeten Riemenmuster B eine wesentliche
Steigerung in der Lebensdauer der Riemen, wie die Werte
der Tabelle 2 zeigen.
Claims (2)
1. Zahnriementrieb mit mindestens zwei Riemenscheiben und
einem sie umschlingenden, auf der jeweiligen Riemenscheibe
aufliegenden flexiblen Zahnriemen aus einem kompressiblen,
polymeren Material und mit in die Lücken zwischen den Zähnen
der Riemenscheibe eingreifenden Riemenzähnen, wobei ein Zug
glied auf der Fußlinie der Riemenzähne eingebettet ist und
die radiale Höhe der (im Zahnriementrieb gerade nicht in
Eingriff befindlichen) Riemenzähne größer ist als die radiale
Tiefe der Lücken zwischen den Zähnen der Riemenscheiben,
gekennzeichnet dadurch, daß der Zahnriemen (bei Betrieb)
derart auf den Riemenscheiben (12, 13) aufliegt, daß:
- a) die den Fuß der Riemenzahnlücken (15) bestimmenden Flächen (21) mit den äußersten Teilen (20) der Scheibenzähne in Berührung sind,
- b) die radiale Höhe (H) der auf einer Riemenscheibe (12, 13) aufliegenden Riemenzähne (14) dadurch, daß diese Riemenzähne (14) in den Scheibenzahnlücken (17) zwischen dem Zugglied (23) und der Fläche (19) der Scheibenzahnlücken (17) einer Pressung ausgesetzt sind, auf das Maß der Höhe (D) der Scheibenzähne (16) verringert ist und
- c) dieses Maß der Höhenverringerung (H -D) 4 bis 15% des Maßes (H) eines nicht der Pressung ausgesetzten Riemen zahnes (14) ist.
2. Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhe (H) eines jeden Riemenzahnes (14) im Maximum
um etwa 20% größer ist als die Tiefe (D) jeder Scheiben
zahnlücke (17).
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