DE4036220C2 - Zahnriementrieb - Google Patents
ZahnriementriebInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H7/00—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
- F16H7/02—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with belts; with V-belts
- F16H7/023—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with belts; with V-belts with belts having a toothed contact surface or regularly spaced bosses or hollows for slipless or nearly slipless meshing with complementary profiled contact surface of a pulley
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
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- F16H55/171—Toothed belt pulleys
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnriementrieb,
enthaltend ein Zahnrad, das in seinen Lückengründen je einen
Höcker aufweist und einen Zahnriemen, der in seinen Zahnköpfen
je eine Delle aufweist, wobei die Riemenzahngründe auf den Rad
zahnköpfen aufsetzen und die Riemenzahnköpfe in den Radlücken
gründen aufsetzen.
Die DE-PS 11 97 710 lehrt einen Zahnriemen, der dazu bestimmt
ist, in den Radlückengründen aufzusetzen. Die DE-OS 26 55 610
offenbart einen Zahnriemen, der dazu bestimmt ist, in den Rad
lückengründen und auf den Radköpfen aufzusetzen. Die technische
Informationsschrift SUPER TORQUE PD BELTS, "Engineering Design
Data" des Riemenherstellers Goodyear vom Mai 1979 zeigt auf
Seite 4 ein Zahnrad mit einem Zahnkopf, das eine Delle auf
weist. Ein Zahnriementrieb gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1 ist bekannt aus der DE-OS 33 06 490.
Die gattungsgemäße Anordnung von Delle im Zahnriemenkopf und
Höcker in der Radzahnlücke soll dazu dienen, das Laufgeräusch
klein zu halten. Gemäß der DE-OS 33 06 490 wird das besonders
geringe Laufgeräusch dadurch erreicht, daß der Abstand a
zwischen zwei auf der gleichen radialen Höhe liegenden Punkten
eines jeden Höckers größer ist als der Abstand b zwischen den
beiden entsprechenden, auf der gleichen radialen Höhe liegenden
Punkten zu beiden Seiten einer jeden Delle.
Nachmessungen ergaben, daß der genannte geräuschmindernde
Effekt zwar eintritt, jedoch über der Nutzungsdauer des Riemen
triebes rasch abnimmt. Es wurde bei der Anmelderin versucht,
die Betriebsdauer, bis zu der ein geräuschmindernder Effekt
spürbar bleibt, dadurch zu erhöhen, daß die Differenz zwischen
dem größeren a und dem kleineren b noch weiter vergrößert
wurde. Dies führte jedoch zu keinem ausreichenden Erfolg und
beeinträchtigte zudem den Wirkungsgrad des Riementriebes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Laufgeräusch von
Zahnriementrieben dauerhaft zu senken.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nicht a
größer b ist, wie in der DE-OS 33 06 490 gelehrt, sondern das
im Gegenteil b größer a ist. Die hiermit erreichte Geräusch
minderung ist zwar zu Beginn der Betriebsdauer etwas schlechter
als mit Riementrieben nach der DE-OS 33 06 490, weshalb sie
bislang verworfen wurde, fällt dann jedoch über der Betriebs
dauer wesentlich langsamer ab, so daß der erfindungsgemäße
Zahnriementrieb selbst nach 2000 Betriebsstunden noch fast
genauso leise ist wie in der ersten Betriebsstunde.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weicht im
Profil - das ist der Schnitt in der Riemenlaufrichtung - die
Zahnlückenform des Rades in der Weise von der konjugierten
Zahnkopfform des Zahnriemens ab, daß sich zu beiden Seiten
eines jeden Extremums der Riemenkopfform Luft zwischen Rad
lücke und Riemenkopf ergibt. Hierdurch wird dem im Vergleich
zur Radlücke weichen Riemenzahn beim Einlaufen neben der
radialen Stauchung noch eine Bewegungsfreiheit zur Ausdehnung
in der Umfangsrichtung verschafft. Obwohl diese zusätzliche
Bewegungsfreiheit nicht in der radialen Richtung besteht, ist
dadurch der Riemenzahn an seinem Kopf gegenüber radialer
Belastung weicher. Dies führt sowohl zu einem sanfteren Einlauf
als auch Auslauf der Riemenzähne in die bzw. aus den Radlücken.
Während ein zusätzlicher Verformungsfreiheitsgrad bei der DE-
OS 33 06 490 durch eine Spreizung (Spagat) der beiden Gipfel
eines Riemenzahnkopfes erreicht wird, wird hier ein zusätz
licher Verformungsfreiheitsgrad durch Verdicken der beiden
Gipfel eines Riemenzahnkopfes erreicht, wobei bei Ausführung
nur nach Anspruch 1 die Verdickung eines jeden Gipfels allein
in Richtung der Kopfdelle erfolgt, bei Ausführung nach
Anspruch 2 zusätzlich noch in Richtung Riemenzahnlücke.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß der Höcker im
Radlückengrund in der Umfangsrichtung eine Erstreckung kleiner
16% der Zahnteilung, die auf die Länge der Profilmittellinie
des Zugstranges bezogen ist, aufweist. Wenn der Höcker größer
ausgelegt würde, müßten die Gipfel der Riemenzahnköpfe zu
schmal ausgebildet werden, wodurch diese keinen genügenden
Radiallastenanteil mehr aufnehmen.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, daß der
Höcker in der Umfangsrichtung eine Erstreckung größer als 12%
der Zahnteilung aufweist. Bei kleinerer Dimensionierung des
Höckers wird der zwischen Radhöcker und Riemenzahndelle
übertragene Anteil der Radialkraft zu klein mit der Folge eines
insgesamt rauheren, ungleichmäßigeren Aufsetzens des
Riemenzahnkopfes in der Radlücke und abrupteren Abhebens des
Riemenzahnkopfes aus der Radlücke.
Es ist besonders günstig, die Merkmale der Ansprüche 3 und 4
in Kombination miteinander zu verwirklichen.
Um eine gewisse Tolerenzunempfindlichkeit der Rad- und der
Riemenverzahnung beim Eingriff zu erzielen, sollten am Zahnrad
die Lückengründe zu beiden Seiten eines jeden Höckers je einen
Plateauabschnitt aufweisen, in dem - auf den Höckergipfel
zugehend - sich der Radius des Lückengrundes gegenüber der
Radachse nicht vergrößert, also gleich bleibt oder verringert.
Die Fertigungsüberwachung wird erleichtert, wenn diese Plateau
abschnitte so ausgebildet sind, daß der Radius des Lücken
grundes gegenüber der Radachse gleicht bleibt.
Es empfiehlt sich, ein Zahnrad für einen Zahnriementrieb gemäß
dem Anspruch 1 in der Weise auszubilden, daß die Krümmung des
Zahnradprofiles im Höckergipfel extrem und endlich ist. Es soll
also nirgends eine betragsmäßig größere Krümmung auftreten als
im Höckergipfel, jedoch soll der Höckergipfel nicht scharf
kantig sein. Durch diese Ausbildung wird eine verzögerte
Progression der Federkennlinie - Radialverformung aufgetragen
über radialer Belastung - des auftreffenden Zahnriemenkopfes
erzielt und dadurch ein besonders sanfter Riemeneinlauf
bewirkt. Um eine optimale Gesamtgeometrie des Zahnrades zu
erreichen, werden vorteilhafterweise die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 6 und Anspruches 5 miteinander
kombiniert, obgleich die jeweiligen Effekte auch unabhängig
voneinander auftreten.
Der Begriff "Extremum" im Rahmen dieser Anmeldung ist gleich
bedeutend mit dem Begriff "relatives Extremum", wie er in der
mathematischen Analysis verwendet wird.
Ein Zahnriemen für einen Zahnriementrieb gemäß Anspruch 1 weist
an jedem Zahnriemenkopf zu beiden Seiten der Delle je ein
Extremum auf. Im Gegensatz zur Zahnradgestaltung mit zwei
Plateauabschnitten pro Radlückengrund sollte der Riemen zu
beiden Seiten der Delle je ein punktuelles Extremum aufweisen.
Dabei sollte an den Stellen, wo die Riemenprofilfunktion selbst
ein Extremum aufweist, deren Krümmung (zweite Ableitung)
extrem, aber endlich sein, also keinen Knick aufweisen.
Eine besonders günstige und einfache Zahnriemenkopfgestaltung
ist dadurch beschrieben, daß jeder Zahnriemenkopf zwischen den
beiden Extrema ein Profil nach einer Kosinusfunktion aufweist.
Was für die Gestalt der Zähne der Zahnriemen gilt, gilt auch
für die der Zähne der Zahnräder; eine besonders gute
Reproduzierbarkeit der Fertigung und eine besonders gleich
mäßige Laufruhe wird erreicht, wenn jeder Höcker ein Profil
nach einer Kosinusfunktion aufweist. Dabei weisen die Höcker in
der Umfangsrichtung vorzugsweise eine Erstreckung kleiner 16%
und größer 12% der Zahnteilung auf. Weiterhin empfiehlt sich
eine Kombination mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 5.
Ein besonders laufruhiger Zahnriementrieb ist dadurch
gekennzeichnet, daß sowohl das Dellenprofil als auch das
Höckerprofil jeweils einer Kosinusfunktion entspricht. Dabei
ist gemäß Anspruch 1 die Wellenlänge der Kosinusfunktion des
Höckerprofiles kleiner als die Wellenlänge der Kosinusfunktion
des Dellenprofiles.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in zwei Figuren
gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 Zahnlücke eines erfindungsgemäßen Zahnrades in Ansicht
und
Fig. 2 einen Abschnitt mit Zahn eines erfindungsgemäßen
Zahnriemens in Ansicht und einen daran anschließenden
Abschnitt im Schnitt.
Der in Fig. 1 gezeigte Teil eines erfindungsgemäßen Zahn
rades 2 zeigt im wesentlichen eine Radzahnlücke, wie sie
jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Radzähnen angeordnet
ist. Der Radzahnlückengrund 3 weist einen Höcker 4 auf mit
einer Erstreckung s in Umfangsrichtung. Links und rechts vom
Höcker 4 ist je ein Plateauabschnitt 8 angeordnet, in denen der
auf die Radachse 9 bezogene Krümmungsradius r konstant ist. Der
Begriffsbestandteil "Plateau" ist evident bei Darstellung der
Verzahnungskontur in Polarkoordinaten, wenn als Koordinaten
ursprung die Radachse 9 gewählt ist. Die Zahnteilungslinie 12
stimmt mit der Mittellinie 12 des Zugstranges 7 des
Zahnriemens 1 überein - der nachfolgend in der Fig. 2 näher
dargestellt ist - wo der erfindungsgemäße Zahnriemen 1 über das
erfindungsgemäße Zahnrad 2 läuft.
Die Fig. 2 zeigt etwa 1,5 Teilungslängen t eines erfindungs
gemäßen Zahnriemens 1. Die Zahnköpfe 5 weisen eine Delle 6 auf.
Die je zwei Extrema 10 an den Zahnköpfen 5 sind punktförmig,
d. h., daß innerhalb einer endlichen Umgebung größer Null jeder
noch so nah bei einem Extremum 10 liegender, von diesem
Extremum 10 verschiedener Konturpunkt einen kleineren Abstand
zur Teilungslinie aufweist als das Extremum 10 selbst. Im
Gegensatz zur Zahnradkontur weist die Zahnriemenkontur an
diesen entsprechenden Stellen keine Plateaus auf.
Zahnriemen 1 und Zahnrad 2 sind so für den gegenseitigen
Eingriff vorgesehen und abgestimmt, daß im Bereich von
Radhöcker bzw. Riemendelle für einander korrespondierende
Radkonturpunkte P und Riemenkonturpunkte Q gilt, daß der
Abstand a zwischen den Radkonturpunkten P in radialer Höhe h
kleiner ist als der Abstand b zwischen den Riemenkontur
punkten Q. Dabei gelten solche Radkonturpunkte P als
korrespondierend mit Riemenkonturpunkten Q, die in der gleichen
radialen Höhe h zur Teilungslinie 12 liegen. Mit der hier
abgebildeten Verzahnung wurde eine über der Betriebsdauer
annähernd konstante Geräuschreduktion erreicht.
Claims (11)
1. Zahnriementrieb, enthaltend ein Zahnrad (2), das in seinen
Lückengründen (3) je einen Höcker (4) aufweist, und einen
Zahnriemen (1), der in seinen Zahnköpfen (5) je eine
Delle (6) aufweist, wobei die Riemenzahngründe auf den
Radzahnköpfen aufsetzen und die Riemenzahnköpfe (5) in den
Radlückengründen (3) aufsetzen,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Abstand a zwischen zwei auf der gleichen radialen Höhe (h)
liegenden Punkten (P) eines jeden Höckers (4) in den
Lückengründen (3) des Zahnrades (2) kleiner ist als der
Abstand b zwischen den beiden entsprechenden, auf der
gleichen radialen Höhe (h) liegenden Punkten (Q) zu beiden
Seiten einer jeden Delle (6) auf den Zahnköpfen (5) des
Zahnriemens (1).
2. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zahnlückenform des Rades (2) im Profil von der
konjugierten Zahnkopfform des Zahnriemens (1) so abweicht,
daß sich zu beiden Seiten eines jeden Extremums (10) der
Riemenkopfform Luft zwischen der Radlücke (3) und dem
Riemenkopf (5) ergibt.
3. Zahnrad (2) für Zahnriementrieb gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Höcker (4) in der Umfangsrichtung
eine Erstreckung (s) kleiner 16% der Zahnteilung (t), die
auf die Lage des Zugstranges (7) bezogen ist, aufweist.
4. Zahnrad (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Höcker (4) in der Umfangsrichtung eine Erstreckung (s)
größer 12% der Zahnteilung (t) aufweist.
5. Zahnrad (2) für Zahnriementrieb gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lückengründe (3) zu beiden Seiten
eines jeden Höckers (4) je einen Plateauabschnitt (8)
aufweisen, in dem - auf den Höckergipfel (11) zugehend -
sich der Radius (r) des Lückengrundes (3) gegenüber der
Radachse (9) nicht vergrößert, also gleich bleibt oder
verringert.
6. Zahnrad (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Krümmung des Zahnradprofiles im Höckergipfel (11)
extrem und endlich ist.
7. Zahnriemen (1) für Zahnriementrieb gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahnriemenkopf (5) zu
beiden Seiten der Delle (6) je ein punktuelles
Extremum (10) aufweist.
8. Zahnriemen (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Krümmung des Zahnriemenprofiles in den
Extremen (10) endlich und ebenfalls extrem ist.
9. Zahnriemen (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Zahnriemenkopf (5) zwischen den beiden
Extrema (10) ein Profil nach einer Kosinusfunktion
aufweist.
10. Zahnrad (2) für Zahnriementrieb gemäß Anspruch 1, 3, 4
oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Höcker (4) ein
Profil nach einer Kosinusfunktion aufweist.
11. Zahnriemen nach Anspruch 1, wobei jeder Zahnriemenkopf (5)
zwischen den beiden Extrema (10) je eine Delle (6) mit
einem Dellenprofil aufweist und wobei jeder Zahnlücken
grund (3) je einen Höcker (4) mit einem Höckerprofil
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Dellen
profil als auch das Höckerprofil je einer Kosinusfunktion
entspricht.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE4036220A DE4036220C2 (de) | 1989-12-01 | 1990-11-14 | Zahnriementrieb |
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DE (1) | DE4036220C2 (de) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4037485A (en) * | 1975-12-18 | 1977-07-26 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Belt drive and belts and pulleys therefor |
IT1149696B (it) * | 1982-02-26 | 1986-12-03 | Pirelli | Trasmissione a conghia dentata e pulegge dentate |
-
1990
- 1990-11-14 DE DE4036220A patent/DE4036220C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE4036220A1 (de) | 1991-06-06 |
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