-
11Keilriemenscheibe mit radienangepaßter V-förmiger Rille"
-
Die Erfindung betrifft eine Keilriemenscheibe mit mindestens einer
im wesentlichen V-förmigen Rille, deren Flanken für jeweils einen bestimmten Keilriemen
mit einem bestimmten Keilwinkel in Abhängigkeit vom Durchmesser der Keilriemenscheibe
gestaltet sind.
-
Keilriementriebe dienen der reibschlüssigen Bewegungs- und Leistungsübertragung
über mittlere Wellenabmessungen, sie erlauben auf einfache Weise große übersetzungsverhältnisse
in einer Getriebestufe bei entsprechend großen Durchmesserunterschieden der Keilriemenscheiben.
Ein um die Riemenscheibe gekrümmter Keilriemen verformt sich gegenüber dem Zustand,
in dem er gestreckt vorliegt, und zwar umso stärker, je kleiner der Riemenscheibendurchmesser
ist, so daß der Riemen beim Durchlaufen der verschiedenen Riemenscheiben aufgrund
der unterschiedlichen Verformungen andauernd in anderer Weise an den verschiedenen
Keilriemenscheiben anliegt, was naturgemäß zum Verschleiß führen muß.
-
Es ist bekannt, die unterschiedlichen Verformungen des Keilriemens
in einem Keilriemengetriebe dadurch auszugleichen, daß der Keilwinkel der Keilriemenscheibe
in Abhängigkeit vom Durchmesser der Keilriemenscheibe gewählt wird (DIN 2211 Blatt
1 vom Frühjahr 1974), d.h. je kleiner der Durchmesser desto kleiner der Keilwinkel
der Keilriemenscheibe,
wobei allerdings die V-förmige Rille der
Keilriemenscheibe völlig geradflankig bleibt. Es hat sich aber gezeigt, daß diese
Lösung zur Anpassung der Keilriemenscheibe noch nicht ideal ist, sondern daß immer
noch ein unnötiger Anpassungsverschleiß auftritt.
-
Die Situation für mehrrillige Keilriemenscheiben ist noch kritischer:
Es hat sich gezeigt, daß die Verformungen in mehrrilligen Keilriemen größer sind
(Keilriemen sind vorzugsweise innen "gezahnt"). Vor allem die erste Einlaufphase
führt zu einem starken Nachlassen der Riemen spannung, die zur Aufrechterhaltung
des Reibschlusses durch Nachspannen wiederhergestellt werden muß.
-
Die Unterschiede der Verformung können viel größer sein, wenn große
Übersetzungsverhältnisse und demnach große Unterschiede in den Durchmessern genutzt
werden, wodurch ein noch stärkerer Anpassungsverschleiß auftritt mit der Folge unnötig
verkürzter Lebensdauer.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die unterschiedlichen Verformungen
des Keilriemens in den verschiedenen Keilriemenscheiben durch eine feinfühligere
Anpassung des Keilriemenscheibenprofils auszugleichen, um die genannten Nachteile
zu vermeiden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die jeweilige
Breite b der V-förmigen Rille der Keilriemenscheibe abweichend von der jeweiligen
Breite bo des bestimmten Keilriemens in gestrecktem Zustand in Abhängigkeit vom
Abstand R der neutralen Faser von der Achse der Keilriemenscheibe und dem jeweils
zugeordneten Abstand n r zur neutralen Faser des bestimmten Keilriemens sich gemäß
der Formel
ergibt.
-
Wird statt der vollständigen Anpassung der V-förmigen Rille an die
Verformungen des Keilriemens nur eine teilweise Anpassung gewünscht, z.B. zur Vorsehung
einer Verschleißzugabe, so kann ein Anpassungsfaktor d zwischen den Werten 0 und
1 in die Berechnung der Breite b der V-förmigen Rille gemäß der Formel
eingehen.
-
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile betreffen allgemein jede
Keilriemenform, besonders aber mehrrillige Keilriemen. Insbesondere ist es durch
die Anpassung des Keilriemenscheibenprofils
an die Keilriemenverformungen
möglich, große übersetzungsverhältnisse zu verwirklichen, d.h. große Durchmesserunterschiede
der Keilriemenscheiben mit der Möglichkeit ggf. noch kleinerer Mindestraddurchmesser
(und somit geringerer Bauyröße). Durch den Wegfall des Anpassungsverschleißes des
Keilriemens infolge des angepaßten Keilriemenscheibenprofils wird die Lebensdauer
des Keilriemens erheblich vergrößert. Der Einlaufverschleiß wird durch die Erfindung
herabgesetzt, somit wird die Riemenspannung nur sehr wenig oder sogar gar nicht
nachlassen, so daß möglicherweise die bei herkömmlichen Keilriemenscheiben erfordediche
Nachspannprozedur zur Aufrechterhaltung des Reibschlusses völlig wegfällt.
-
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 in schematischer Darstellung das Grundprinzip
der Ausgestaltung einer Keilriemenscheibe nach der Erfindung, Fig. 2 in perspektivisch-schematischer
Darstellung einen einer V-förmigen Rille einer Keilriemenscheibe zugeordneten keilförmigen
Abschnitt eines Keilriemens,
Fig. 3 eine Fig. 1 ähnliche Darstellung
zur Berechnung eines konkreten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß gestalteten
Keilriemenscheibe mit einem Bemessungswerte für Keilriemenscheiben unterschiedlichen
Durchmessers angebenden Diagramm.
-
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer Keilriemenscheibe 2 mit einer im
wesentlichen V-förmigen Rille 1 wiedergegeben, in die eine keilförmige Zahnung bzw.
ein Keilprofil 6 eines in gestreckter Form wiedergegebenen Keilriemens 3 eingreift,
der eine neutrale Faser 4 aufweist. Die Achse der Keilriemenscheibe 2 ist mit 5
angedeutet. Mit bo ist die Breite des Keilprofils 6 an einer bestimmten Stelle bezeichnet
und mit Ar der radiale Abstand von dieser Stelle zur neutralen Faser 4. Der Abstand
von der neutralen Faser 4 zur Achse 5 der Keilriemenscheibe 2 ist R. Die optimal
zu bemessende Breite der V-förmigen Rille 1 an der jeweiligen Stelle bo des Keilprofils
6 ist mit b angegeben.
-
Die Ableitung einer vorteilhaften radienabhängigen Gestaltung der
V-förmigen Rille einer Keilriemenscheibe ergibt sich wie folgt Das in Fig. 2 wiedergegebene
Keilprofil 6 des gestreckten Riemens verändert bei Krümmung mit dem Radius R, bezogen
auf die neutrale Faser 4, seine Gestalt. Bei Annahme eines
weitgehend
inkompressiblen Materials (Dichte = konstant), wird der Keilriemen in den Bereichen,
die zwischen neutraler Faser 4 und Krümmungsmittelpunkt bzw. Riemenscheibenachse
5 liegen, gestaucht, wodurch eine Verbreiterung des Profils auftritt. Gemäß Fig.
2 gehen folgende Größen in die Betrachtung ein: 1, = konstant: betrachtetes Stück
entlang der neutralen Faser 4 zum jeweiligen Umfangsschnitt bei R -u = Länge des
Bogens zugehörig zu lo (d.h. u0 = 10 bei gestrecktem Riemen) b = Breite des Keilprofils
= Breite der V-förmigen Rille bo = Breite bei gestrecktem Riemen.
-
Die weitgehende Inkompressibilität des Riemenmaterials führt dazu,
daß die Fläche A im jeweiligen Umfangsschnitt konstant bleiben muß, auch wenn der
Keilriemen gekrümmt wird (Vernachlässigung der Verformungen in radialer Richtung)
A = b x u (gekrümmt) (1) A = bo x u0 = bo x 1, mit uO = lo (gestreckt) (2) Für u
ergibt sich nach Fig. 2 in Abhängigkeit von R und zur u/(R- nr) = lo/R (3) damit:
u = lo (R -ar)/R (3a) aus (1) und (2): u = 1o b0/b (4)
aus (3a)
und (4): lo bo/b = lo(R br)/R, d.h.
-
b = bo/(l R) Demnach ist die jeweilige Breite b der V-förmigen Rille
der Keilriemenscheibe abhängig vom Radius und vom Keilwinkel. Dieser Wert b ist
eine Kurvenfunktion, d.h. die Flanken der V-förmigen Rille der Keilriemenscheibe
werden nicht als Gerade, sondern als Flankenkurve ausgebildet.
-
Ist statt der vollständigen Anpassung der V-förmigen Rille der Keilriemenscheibe
an die Verformungen des Keilriemens nur eine teilweise Anpassung (z.B. als Verschleißzugabe)
erwünscht, wird dies gemäß Anspruch 2 durch einen Anpassungsfaktor& berücksichtigt,
so daß sich für die jeweilige Rillenbreite b ergibt: b = bo/(l - # # r/R) mit #
= o (keine Anpassung) bis t = 1 (volle Anpassung).
-
Eine derartige ggf. nur teilweise Anpassung liegt natürlich dennoch
im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist beispielhaft in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
Fig. 3 zeigt
das Profil eines bestimmten Keilriemens 3 und der zugehörigen Riemenscheibe 2 eines
bestimmten Durchmessers, außerdem ein Diagramm, in welchem über dem Abstand von
der neutralen Faser 4 des Keilriemens die Differenz der Breite b des Keilprofiles
von der Breite b des gestreckten Riemens aufgetragen ist.
-
Für einen Keilriemen mit ho : Abstand der theoretischen Keilspitze
von der neutralen Faser # : Keilwinkel ergibt sich nach Fig. 3 für die Breite im
gestreckten Zustand: bo = 2 < ho - #r) tan (#) Mit den speziellen Werten ho =
6,4 mm; JZ = 360 ergibt sich für b und b (nach oben hergeleiteter Berechnungsformel)
für einen ausgesuchten Schnitt bei br = 2,8 mm: R = #->bo = 2,339 mm R = 80 mm
-S b = 2,424 mm b - b = 0,0848 mm R = 20 mm -N b = 2,7203 mm b - bo = 0,3808 mm
Entsprechend
erhält man für alle übrigen Schnitte Ar in Abhängigkeit vom Radius R und Keilwinkel
JL das Profil der Keilriemenscheibe.
-
Fig. 3 zeigt ein solches Profil, wobei der Keilriemen in gestrecktem
Zustand und die Keilriemenscheibe nach vorbeschriebener Art dargestellt ist. Es
zeigt sich deutlich, welcher Unterschied zwischen der Flankenkurve des Keilriemenscheibenprofils
und des Profils des Keilriemens in gestrecktem Zustand besteht, und wie wichtig
deshalb eine Anpassung des Riemenscheibenprofils ist, um die Verformungen des Keilriemens
auszugleichen.
-
Das Diagramm zu Fig. 3 verdeutlicht die Abhängigkeit des Anpassungsumfanges
vom Radius. Je kleiner der Raddurchmesser gewählt wird, desto größer werden die
Unterschiede von Profilbreite in gestrecktem und gekrümmtem Zustand, ein angepaßtes
Keilriemenscheibenprofil ist also zur Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile
vor allem bei kleinen Raddurchmessern notwendig.