DE8890079U1 - Kraftübertragungseinrichtung mit Zahnriemen - Google Patents
Kraftübertragungseinrichtung mit ZahnriemenInfo
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Description
PCT/JP88/00563
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum übertragen
einer Drehkraft von einem Antriebselement auf ein angetriebenes Element, und insbesondere eine Kraftübertragungseinrichtung, die
einen Zahnriemen und Riemenscheiben verwendet, um welche der Zahnriemen herumg«legt ist.
Im allgemeinen verwendet man eine Zahnradanordnung oder eine Kupplungseinrichtung zum Zusammenkuppeln einer Zahnradanordnung und einer drehbaren Welle zum übertragen der Drehung einer Antviabswelle
auf eine angetriebene Welle. Solche Einrichtungen zum übertragen von Drehkraft sind jedoch dahingehend nachteilig, daß die Anzahl
der erforderlichen Teile zunimmt, wenn der Abstand zwischen der Antriebswelle und der angetriebenen Welle größer wird. Andererseits
wird eine Kraftübertragungseinrichtung, die einen Riemen verwendet, in vielen Anwendungsfällen herangezogen, da sie frei von dem Problem der erforderlichen erhöhten Teilezahl ist.
Eine Kraftübertragungseinrichtung, die einen Zahnriemen und Zahnscheiben verwendet, kann besonders zuverlässig das Übersetzungsverhältnis zwischen den Drehzahlen von Antriebswelle und angetriebener
Welle aufrechterhalten und wird als Steuer-Riementrieb zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor benutzt.
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zeigt, ein Fahrzeugmotor 1 eine Kurbelwelle 2 auf, die von der Vorderwand des Motors absteht. Drehkraft von der Kurbelwelle 2 wird
durch eine Kraftübertragungseinrichtung, die einen Zahnriemen verwendet, auf eine Nockenwelle 3, eine Ölpumpe 4, eine Wasserpumpe
(nicht gezeigt), eine Ausgleichswelle (nicht gezeigt) und dergleichen übertragen. Eine Treibscheibe 6, die als Antriebsscheine an
der Kurbelwelle 2 angebracht ist, überträgt ihre Drehkraft durch einen Zahnriemen 9 auf angetriebene Scheiben 7, 8, die mit den
Motoraggregaten gekoppelt sind.
Das Zahnprofil der Zahnscheiben und des Zahnriemens der Zahnriemen-Kraftübertragungseinrichtung ist so gewählt, daß jeglicher Verlust
an Drehkraft, die zwischen den Scheiben und dem Zahnriemen übertragen wird, wenn sie miteinander in Eingriff stehen, auf ein Mindestmaß reduziert wird. Insbesondere sollte das verwendete Zahnprofil
es der Scheibe und dem Zahnriemen ermöglichen, gleichzeitig mit allen kämmenden Zähnen über deren Längsrichtung hinweg mit dem
kämmenden Eingriff zu beginnen, und es sollte verhindern, daß die
kämmenden Zähne relativ zueinander in ihrer Längsrichtung versetzt werden. Um dies°n Frfordernissen zu entsprechen, weisen die Zähne
herkömmlicher Scheiben und Zahnriemen Zahnprofile auf, die parallel
zur Längsachse des Zahnes verlaufen, d.h. Stirnrad-Zahnprofile.
Die durch die vorliegende Erfindung zu lösenden Probleme werden
nachfolgend beschrieben.
Der Riemen wird auf der Spannstr'ecxe zwischen der Scheibe 6 an der
Kurbelwelle 2 und der zu dieser benachbarten Scheibe 7 zum Antrieb
eines Motoraggregats einer großen Spannung ausgesetzt. Zwischen den Scheiben 6, 7 und dem Zahnriemen 9 beginner miteinander in Eingriff
tretende Zähne mit ihrem gegenseitigen Eingriff gleichzeitig über ihre gesamte Längsfläche, Drehkraft zu übertragen. Wenn diese Zähne
des Riemens und der Scheiben miteinander in kämmenden Eingriff treten, schlagen jedoch die miteinander kämmenden Zähne gegeneinander
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und erzeugen Schlaggeräusche, welche sich mit den Drehzahlen der
Scheiben ändern.
Die Schlaggeräusche neigen dazu, die Schwingung des Zahnriemens 9
zu verstärken, und der Zahnriemen 9 gibt wegen seiner Resonanz auf die verstärkte Schwingung ein Geräusch ab, was zu einer verkürzten
Lebensdauer des Riemens führt.
Die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 55-19324 offenbart
eine verbesserte Kraftübertragungseinrichtung, die einen Zahnriemen benutzt. Bei der offenbarten Kraftübertragungseinrichtung
tritt, wenn ein Riemen und eine Scheibe miteinander in kämmenden Eingriff zu gelangen beginnen, die Spitze eines Zahnes des Riemens
in Eingriff mit einer Zahnnut in der Scheibe, während die Zahnspitze elastisch verformt wird. Dann gelangen eine Zahnspitze der
Scheibe und der Grund einer Zahnnut im Riemen in einer Endperiode des Eingriffszyklus miteinander in, Eingriff. Der Aufschlag zwischen
der Zahnspitze der Scheibe und dem Grund der Zahnnut im Riemen, der den Pegel der Schlaggeräusche auf ein Höchstmaß brachte, kann schon
vorher durch die elastische Verformung des Zahnes des Riemens gedämpft
werden.
Es sind jedoch nichtsdestoweniger die Zähne von Scheibe und Riemen
noch immer veranlaßt, miteinander in der gesamten Längsrichtung des Zahnes mit dem Eingriff zu beginnen, und somit kann der Pegel
derSchlaggeräusche, die erzeugt werden, wenn die Zähne miteinander in Eingriff treten, nicht hinlänglich unterdrückt werden.
Es ist deshalb ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kraftübertragungseinrichtung vorzusehen, die einen Zahnriemen verwendet
und Schiaggeräusche in hohem Umfang verringern kann, die
dann erzejgt werden, wenn die Zähne miteinander in Eingriff gelangen,
und auch das Geräusch unterdrücken kann, das durch die Riemenschwingung verursacht wird. Ein zweites Ziel der vorliegenden Er-
findung ist es, eine Kraftübertragungseinrichtung vorzusehen, die
einen Zahnriemen verwendet und bei erhöhtem konstruktiven Freiheitsgrad viele Zahnprofile als Zähne zum Verringern der Schlaggeräusche verwenden kann.
an einer Antriebswelle angebracht ist, unter einem vorgeschriebenen
mit den Zähnen des Zahnriemens zu kämmen. Die Zahnspitzen der Zähne y
mindestens der angetriebenen Scheibe liegen in einer Ebene, die die
Mittelachse der Drehung der angetriebenen Scheibe umfaßt, und sind
in Bezug auf die Mittelachse geneigt. Der kämmende Eingriff zwi- .;
sehen den Zähnen der angetriebenen Scheibe und des Zahnriemens wird fj
fortlaufend in Längsrichtung der Zähne versetzt, so daß der Pegel ;|
der Schlaggeräusche verringert wird, die erzeugt werden, wenn die |j
in einer Ebene, die die Mittelachse der Drehung der angetriebenen .jj
se Anordnung bewirkt auch die Verringerung der Schlaggeräusche, die #
dann erzeugt werden, wenn die Zähne miteinander in kämmenden Ein- vj
griff treten, und auch das Geräusch infolge der Schwingung des Rie- |
mens. Das Zahnprofil der Zähne der Zahnscheiben kann mit größerem f
Freiheitsgrad in vielen Ausbildungen ausgelegt werden.
Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert.
-7-
I » · ■
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Fig. 1 eine teilweise abgebrochene Teil-Seitenansicht eines Motors
mit einer erfindungsgemäßen Kraftübertragungseinrichtung, die einen Zahnriemen verwendet,
Fig. 2 die vergrößerte Ansicht eines Querschnitts durch eine verjüngte bzw. konische Scheibe, die in Fig. 1 gezeigt ist,
Fig. 3 eine teilweise abgeschnittene Frontansicht des in Fig. 1
gezeigten Motors,
Fig. 4 eine Ansicht, die die Art und Weise zeigt, auf welche der
Zahnriemen und die konische Scheibe der Fig. 1 miteinander kämmen,
Fig. 5a und 5c jeweils ein Diagramm, wobei Kurven unterschiedlicher
Eigenschaften gezeigt sind, die jeweils die Zuordnung zwischen dem Schwingungspegel an einem Riementrum und der Motordrehzahl gemäß einer bereits bekannten Kraftübertragungseinrichtung zeigen, die einen Zahnriemen verwendet,
GL
Eigenschaften gezeigt sind, die jeweils die Zuordnung zwischen dem Schwingungspegcl an einem Riementrum und der Motordrehzahl gemäß der in Fig. 1 gezeigten Kraftübertragungseinrichtung zeigen,
Kraftübertragungseinrichtung der Fig. 1 und einer bereits bekannten Kraftübertragungseinrichtung in Abhängigkeit von
der Motordrehzahl zeigt,
Kurven der Frequenz, gegenüber dem Geräuschpegel aufgetragen, an unterschiedlichen Meßsteiien der in Fig. i dargestellten Kraftübertragungseinrichtung zeigt,
-8-
Fig. 8 ein Diagramm, das eine charakteristische Kurve der Frequenz, aufgetragen gegenüber dem Geräuschpegel, einer anderen erfindungsgemäßen Kraftübertragungseinrichtung zeigt,
Fig. 9 und 12 jeweils die Ansicht eines Teilschnitts durch andere
erfindungsgemäße Kraftübertragungen,
Fig. 10a, 10b, 10c und 10d jeweils die Ansicht eines Querschnitts,
der die Art und Weise zeigt, auf welche ein Zahnriemen, der in Fig. 9 gezeigt ist, an unterschiedlichen Stellen arbeitet,
einer noch anderen Kraftübertragungseinrichtung, mit einem Zahnriemen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,
Fig. 13 die vergrößerte Ansicht eines Querschnitts, der einen Bereich zeigt, in welchem ein Riemen und eine Riemenscheibe,
die in Fig. 12 gezeigt sind, miteinander kämmen.
Fig. 14 die Teilansicht eines Querschnitts durch eine Einrichtung,
um einen Riemen daran zu hindern, versetzt zu werden, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, und
Kraftübertragungseinrichtung, die einen Zahnriemen verwendet.
Die beste Art und Weise zum Durchführen der Erfindung: Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
-9-
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt in geschnittener Seitenansicht eine Kraftübertragungseinrichtung; die einen Zahnriemen verwendet, die an einem Fahrzeugmotor 11 angebracht ist. Fig. 2 stellt in vergrößertem Querschnitt
eine Ölpumpen-Treibscheibe (nachfolgend einfach als "konische Scheibe" bezeichnet) 10 als angetriebene Scheibe dar.
Der Fahrzeugmotor 11 weist eine Kurbelwelle 12 auf. die über eine
Frontwand des Motorgehäuses übersteht, und eine Kurbelscheibe 15 ist als Antriebsscheibe am überstehenden Ende der Kurbelwelle 12
angebracht. Die Kurbelwelle 12 ist um ihre eigene Mittelachse I1
drehbar. Eine zweite Scheibe 19 ist ebenfalls an der Kurbelwelle 1&Sgr; koaxial zur Kurbelscheibe 15 angebracht. Verschiedenartige Zubehöreinrichtungen des Motors können durch diese Scheiben an der Kurbelwelle 12 angetrieben werden.
Die Kraftübertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
umfaßt die Kurbelscheibe 15, die konische Scheibe 10, ein Steuerzahnrad 18, das fest an einer Nockenwelle 17 angebracht ist, und
einen Zahnriemen 14, der um diese Scheiben herumgeführt ist. Die Drehantriebsleistung von der Kurbelwelle 12 wird durch den Zahnriemen 14 auf die Nockenwelle 17 und auch auf eine ölpumpe 16 als Motorzubehöreinrichtung übertragen.
Der Motor 11 weist eine Ausgleichswelle 21 auf, um die Vibration
aufzuheben, die während der Drehung des Motors erzeugt wird. Die Ausgleichswelle 21 wird von einem zweiten Zahnriemen 20 angetrieben, der um die zweite Scheibe 19 und eine Ausgleichswellen-Scheibe
22 herumgelegt ist, die an der Ausgleichswelle 21 angebracht ist.
Der Zahnriemen 14 weist eine Anzahl von Stirnradzähnen an seiner
gesamten Innenumfangsfläche auf und ist als Steuerriemen aus bekanntem verstärktem Gummi hergestellt.
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Die Kurbelscheibe 15 und das Steuerzahnrad 18 weisen Stirnradzähne
auf, die so geformt sind, daß sie mit den Zähnen an der gesamten Innenumfangsfläche des Zahnriemens 14 kämmen.
Die konische Scheibe 10 ist fest an einer angetriebenen Welle 23
angebracht, die drehbar in einer Lagerung 24 im Motor gelagert ist und die ein Ende zum Antreiben der Pumpe 16 aufweist. Wie in Fig. 2
gezeigt, weist die konische Scheibe 10 eine Nabe 25, einen Rand 26,
Zähne 27 zum Kämmen mit dem Zahnriemen 14 und einen Flansch 28 auf, welche einstückig aus Sinterlegierung hergestellt sind. Die Zähne
27 weisen Zahnspitzen 27b auf, die jeweils in einer Ebene liegen, die die Mittelachse I2 der Drehung der Welle 23 aufweist, und die
in Bezug auf die Mittelachse I2 geneigt ist. Deshalb läuft jede
Zahnspitze 27b längs einer konischen Kreisbahn, die eine kegelstumpfförmige
Gestalt aufweist. Anders gesagt, jener Abschnitt der Scheibe, der die Zahnspitzen 27b trägt, weist einen vorderen Außendurchmesser
Da nahe dem Flansch 28 und einen axial gegenüberliegenden hinteren Außendurchmesser Db auf, der kleiner ist als der vordere
Außendurchmesser Da. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zahnspitzen 27b und die Zahngründe 27c der Zähne 27 im Radius
an ihren hinteren Enden um 0,4 mm kleiner als an ihren vorderen
Enden (wobei die Breite eines jeden Zahnes 22 mm beträgt).
Ausmaß und Richtung der Abschrägung der Zähne 27 ändern sich von Motortyp zu Motortyp und sind experimentell gewählte Werte. Es ist
bevorzugt, daß das Ausmaß der Abschrägung der Zähne angesichts des
angestrebten Geräuschpegels und der Riemenhaltbarkeit im Bereich von 1/15 bis 1/40 liegt.
In Fig. 2 ist der Flansch 28 an der vorderen Seite mit dem größeren
Durchmesser der konischen Scheibe 10 angeordnet. Der Flansch 28 ist als eine Einrichtung ausgebildet, um den Riemen 14 daran zu hin-
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dern, in Längsrichtungen der Zähne versetzt zu werden, welche durch
den Pfeil A bezeichnet sind.
Genauer gesagt, wenn der Zahnriemen 14 mit der konischen Scheibe
kämmt, dann wird die Richtung der f'ittellinie des Zahnriemens 14 ständig zwischen kämmenden und nicht kämmenden Abschnitten des
Riemens 14 geändert, und der Zahnriemen 14 trachtet danach, sich gegen den Flansch 28 auf der Seite mit größerem Durchmesser hiervon
zu bewegen.
Um das Maß einer solchen Bewegung des Riemens 14 auf der konischen
Scheibe 10 auf ein Mindestmaß zu reduzieren, ist der Flansch 28 so angeordnet, daß der Abstand t des Flansches 28 zur Endfläche des
Riemens 14 in dessen Nennlage 2,0 mm oder wenigar beträgt.
In Fig. 3 dient eine Spannrolle 13 dazu, jeglichen Durchhang vom
Zahnriemen 14 zu entfernen.
Infolge des Betriebs des Motors 11 überträgt die Kraftüberrragungseinrichtung die Drehantriebs leistung der Kurbelwelle 12 auf die konische Scheibe 10 und das Steusrzahnrad 18. Zu diesem Zeitpunkt
wird der Zahnriemen 14 im Uhrzeigersinn rotiert, wie durch den Pfeil B in Fig. 3 bezeichnet ist.
Die Spannweite des Riemens 14 zwischen der Kurbelscheibe 15 und der
konischen Scheibe 10, die imstande ist, ein Geräusch zu verursachen, liegt auf der gespannten Seitt, und die Spannweite hiervon
zwischen der Kurbelscheibe 15 und dem Steuerzahnrad 18 liegt auf der durchhängenden Seite.
Wie in Fig. 4 dargestellt, beginnen die Zähne der konischen Scheibe 10, welche die angetriebene Scheibe ist, und die Zähne des Zähnriemens 14 mit dem gegenseitigen Kämmen in einer Frontlage a in
Längsrichtung A der Zähne, und dann dehnt sich der Eingriffsbe-
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• · &igr; *
reich fortlaufend zur Rückseite hin aus, bis die Zähne miteinander
voll über die Zahnbreite hinweg in Längsrichtung A käranen. Da die
Zähne mit dem gegenseitigen Kämmen und dem gegenseitigen Anschlag in ihren Teilbereichen beginnen, werden jegliche Anschlaggeräusche, die
zu diesem Zeitpunkt erzeugt werden, bei einem Mindestmaß gehalten. Nachfolgend wird die Position, in welcher die Zähne gegeneinander infolge ihres kämmenden Eingriffs anschlagen, fortlaufend zur Rückseite
hin versetzt. Dementsprechend ist der fortlaufend wiederholte kämmende
Eingriff der Zähne innerhalb eines vorgeschriebenen Zeitraums verteilt, mit dem Ergebnis, daß der Pegel der Aufschlaggeräusche infolge
des kämmenden Eingriffs der Zähne auf einen verhältnismäßig niedrigen Pegel verringert ist. Da der Radius der konischen Rolle ständig verändert wird, wird der Zahnriemen einer Verteilung unterschiedlicher
Spannungen in Querrichtung des Riemens unterzogen (d.h. in der Längsrichtung der Zähne), und die konische Scheibe weist unterschiedliche
resonante Drehgeschwindigkeiten an ihren vorderen und hinteren Lagen auf. Deshalb ist die Resonanz der gesamten Spannweite nicht gleichzeitig erzeugt und ist verringert. Soweit der Riemen in Querrichtung
unterschiedlichen Spannungen unterzogen wird, werden Torsionskräfie
auf den Riemen über dessen Breite oder in seiiner Querrichtung aufgebracht und werden als Widerstandskräfte gegen seitliche Schwingungen
aufgebracht, wobei sie die Resonanz dämpfen. Die Verringerung dor Aufschlaggeräusche, das Verhindern der Riemenresonanz und das Verhindern
der seitlichen Riemenschwingung sind wirksam beim Verringern des Geräuschpegels der Kraftübertragungseinrichtung, und zwar insbesondere
beim Verringern des Geräuschs (zyklisch auftretender Geräusche), wenn
der Motor leerläuft.
Experimentelle Daten, die vom Erfinder erhalten wurden, werden unten
beschrieben. Die Fig. 5a, 5b, 5c und 5d zeigen gemessene Daten über
der. Zusammenhang zwischen dem Schwingungspegti der Spannweite
-13-
• &igr; · · ■ &igr;
und der Motordrehzahl. Dieselbe Art eines Motors, wie in Fig. 1 gpzeigt,
wurde verwendet, und die Schwingungspegel (Primärfrequenzkomponente infolge des kämmenden Eingriffs) an der Mitte (W Spannweite
der konischen Scheibe und der Kurbelscheibe wurden gemessen. Die Daten, die in den Fig. 5b und 5d gezeigt sind, wurden dann erhalten,
wenn eine konische Scheibe angebracht war, und die Daten der Fig. 5a und 5c wurden erhalten, wenn eine existierende Scheibe
(nicht gezeigt) mit Stirnradzähnen angebracht war.
Die Daten der Fig. 5a und 5b wurden erzeugt, wenn der Riemenzug TO
30 kg betrug, und zeigen, daß der Schwingungspegel an der Vorderseite
mit der konischen Scheibe viel geringer ist jls mit der bekannten
Scheibe, und zwar bei einer Motordrehzahl von 700 U/min. Die Daten der Fig. 5c und 5d wurden erzeugt, wenn der Ri°menzug TO
45 kg betrug und bezeichnen, daß der Schwingungspegel an der Vorderseite bei der konischen Scheibe viel geringer ist als bei der
bekannten Scheibe, und zwar bei der Motordrehzahl von 900 U/min.
Fig. 6 zeigt zum Vergleich experimentelle Daten, die die Geräuschpegel
darstellen, wenn eine bekannte Scheibe verwendet wurde (dünnere ausgezogene Linien), und wenn die konische Scheibe verwendet
wurde (dickere ausgezogene Linien), in Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Es ist aus Fig. 6 ohne weiteres ersichtlich, daß der Geräuschpegel
durch Verwendung der konischen Scheibe entweder unmittelbar oberhalb des Motors oder vor diesem verringert werden kann.
Die Fig. 7a und 7b zeigen Daten, welche auf dieselbe Weise wie die Daten der Fig. 6 erhalten wurden. Die Daten der Fig. 7a und 7b
stellen die charakteristischen Kurven des Geräuschpegels dar, aufgetragen über die Schwingungsfrequenz (Hz), während die Motordrehzahl
bei Leerlaufdrehzahl (750 U/min) gehalten wurde. Wie aus den Fig. 7a und 7b ersichtlich ist, ist der Geräuschpegel niedriger,
wenn die konische Scheibe verwendet wurde, als dann, wenn die be-
-14-
-14-
kannte Scheibe verwendet wurde, und zwar im wesentlichen im vollen
Bereich der Schwingtmgsfrequenzen (Hz).
Fig. 8 stellt experimentelle Daten dar, die erhalten wurden, wenn
eine Kraftübertragungseinrichtung mit einem Zahnriemen an einem Motor ähnlich jenem der Fig. 1 angebracht war. Der dargestellte, fre-Q'ucriZubhanyjyc
GsraUSCfrpcye1 WüTue &udiagr;&ugr;&dgr;&Ggr;&Idigr;&Iacgr;&aacgr; 1 &ugr; UÖ5 Mütör'S yeiTioSSen,
wobei die verwendete, konische Scheibe eine vordere und hintere Schrägung von 1/28 mm aufwies und die Motoidrehzahl 750 U/min betrug.
Es wird aus Fig. 8 deutlich, daß der1 Geräuschpegel (durch die
ausgezogene Linie dargestellt) insgesamt niedriger war, wenn die konische Scheibe verwendet wurde, als der Geräuschpegel (durch gestrichelte
Linie dargestellt), wenn die bekannte Scheibe verwendet wurde. Insbesondere ist jenes Geräusch, das während des Motorleerlaufs
infolge einer solchen Resonanz des zwischen der Kurbelscheibe und der konischen Scheibe gespannten Abschnitts des Riemens erzeugt
wird und der bei der Primärfrequenz aufzutreten trachtet (hier etwa 300 Hz) im Pegel in hohem Maße verringert.
Bei dem cbigsn Ausführungsbeispiel weist die konische Scheibe 10
einen kleineren Radius an ihrem hinteren Ende als an ihrer Vorderseite auf. Es kann jedoch die konische Scheibe 10 auch in entgegengesetzter
Richtung verjüngt sein, um einen Flansch 28 an ihrem hinteren Ende mit größerem Durchmesser zu erzeugen. Während die Zähne
27 der konischen Scheibe 10 voll in Längsrichtung A der Zähne beim dargestellten Ausführungsbeispiel verjüngt sind, kann die konische
Scheibe Stirnzähne an der Seite mit größerem Durchmesser und verjüngte Zähne aufweisen, die sich kontinuierlich von den Stirnzähnen
aus erstrecken.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Kraftübertragungseinrichtung sind lediglich
die Zahnspitzen der angetriebenen, konischen Scheibe 10 abgeschrägt, so daß sie einem kegel stumpfförmigen Weg folgen, wenn
die konische Scheibe 10 rotiert. Die Zahnspitzen der Antriebs-Kur-
7*5-,
-15-
belscheibe 15 können jedoch auch abgeschrägt sein, so daß sie einem
kegel stumpfförmigen Weg folgen.
Der Flansch 28 am vorderen Ende mit größerem Durchmesser der konischen Scheibe 10 bei der in Fig. 1 gezeigten Kraftübertragungseinrichtung kann weggelassen werden. Bei einer solchen Ausführungsform
kann ein mit Flansch versehenes, leerlaufendes Rad (nicht gezeigt)
zwischen der Antriebsscheibe und der angetriebenen Scheibe vorgesehen sein, um zu verhindern, daß sich der Riemen in Querrichtung
versetzt, um den Riemenversatz auf den Scheiben zu begrenzen.
Fig. 9 zeigt eine einen Zahnriemen verwendende Kraftübertragungseinrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Kraftübertragungseinrichtung in Fig. 9 ist ebenfalls so aufgebaut, daß sie eine Drehkraft von einer Kurbelwelle 31 auf eine
Nockenwelle 30 bei einem Ventilbetätigungsmechanismus eines Motors
(nicht gezeigt) überträgt.
Eine Steuerriemenscheibe 32 ist als Antriebsscheibe auf der Kurbelwelle 31 angebracht, und eine Steuerriemenscheibe 33 ist als angetriebene Scheibe auf der Nockenwelle 30 angebracht, wobei ein Zahnriemen 34 um die Scheiben 32, 33 herumgeführt ist.
Die Steuerriemenscheibe 32 weist Zähne 32a auf, deren Zahnspitzen
32b jeweils in einer Ebene liegen, die die Mittelachse I3 der
Drehung der Scheibe 32 enthält und in Bezug auf die Mittelachse I3 geneigt sind. Deshalb läuft jede Zahnspitze 32b längs einer
abgeschrägten Kreisbahn mit kegel stumpfförmiger Gestalt um. Die Steuerriemenscheibe 32 ist fest am abgelegenen Ende der Kurbelwelle
31 angebracht, wobei der Abschnitt der Scheibe 32 mit dem größten Durchmesser auf der Innenseite und deren Abschnitt mit kleinerem
Durchmesser auf der Außenseite liegt.
&igr; If»! Il I
Il ♦ · ·
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-16-
Die Steuerriemenscheibe 32 weist ein Ende 32c auf ihrem Abschnitt
mit größerem Durchmesser auf, das Ende 32c weist einen Durchmesser d. auf, und ein gegenüberliegendes Ende 32d an deren Abschnitt
mit kleinerem Durchmesser, wobei das Ende 32d einen Durchmesser d~ aufweist. Der Unterschied Ja zwischen diesen Radien beträgt
etwa 0,25 mm (wobei die Breite eines jeden Zahnes etwa 20 mm beträgt).
Die Steuerriemenscheibe 33 weist Zähne 33a auf» die mit ihren Zahnspitzen
33b jeweils in einer Ebene liegen, die die Mittelachse I4
der Drehung der Scheibe 33 aufweist und die in B >zug auf die Mittelachse
Ij geneigt sind. Deshalb läuft jede Zahnspitze 33b längs
einer verjüngten Kreisbahn mit kegel stumpfförmiger Gestalt um. Die
Steuerriemenscheibe 33 ist fest am abgelegenen Ende der Nockenwelle 30 angebracht, wobei der Abschnitt mit größerem Durchmesser der
Scheibe 33 an der Außenseite und deren Abschnitt mit kleinerem Durchmesser an der Innenseite liegt.
Die Steuerriemenscheibe 33 weist ein Ende 33c an ihrem Abschnitt mit größerem Durchmesser auf, das Ende 33c weist einen Durchmesser
D1 auf, ein entgegengesetztes Ende 33d liegt an ihrem Abschnitt
mit kleinerem Durchmesser und das Ende 33d weist einen Durchmesser D2 auf. Der Unterschied (Jd zwischen diesen RaGien beträgt etwa
0,4 mm (wobei die Breite eines jeden Zahnes etwa 20 mm beträgt).
Die Abmessungen der Verjüngungen der Steuerriemenscheibe 32, 33,
d.h. 1/40 und 1/25, liegen innerhalb des oben erwähnten bevorzugten Bereichs von 1/15 bis 1/40, um den Geräuschpegel zu verringern und
die gewünschte Riemen-Standzeit beizubehalten.
Der Zahnriemen 34 weist Zähne 34a auf, die ein wenig niedriger sind
als die Zähne 32a, 33a der Steuerriemenscheiben 32, 33, und zwar um etwa 0,15 mm. Diese Anordnung hindert den Steuerriemen 34 daran,
aus dem kämmenden Eingriff mit den Steuerriemenscheiben 32. 33 herausgehoben zu werden.
-17-
Die Wirkungsweise der in Fig. 9 gezeigten Kraftübertragungseinrichtung wird unten beschrieben.
Wenn der Motor betrieben wird, dann wird die Kurbelwelle 31 gedreht
und die Drehung der Kurbelwelle 31 wird über die Steuerriemenscheibe 32, den Zahnriemen 34 und die Steuerriemenscheibe 33 auf die
Nockenwelle 30 übertragen, um die Nockenwelle 30 zu drehen. Zu diesem Zeitpunkt kämmen die Zähne 32a, 33a der Steuerriemenscheiben
32, 33 und die Zähne 34a des Steuerriemens 5 miteinander, wie in Fig. 10 gezeigt ist.
Während der Steuerriemen 34 sich in kämmendem Eingriff mit der Steuerriemenscheibe 32 befindet, ist der Steuerriemen 34 leicht geneigt (nach unten und rechts) längs der Abschrägung der Steuerriemenscheibe 32, wie in Fig. 10a gezeigt. Unmittelbar nachdem der
Steuerriemen 34 die Steuerriemenscheibe 32 verlassen hat, bleibt der Steuerriemen 34 in derselben Weise geneigt, als wenn er in kämmendem Eingriff mit der Scheibe 32 stünde. Wenn der Steuerriemen 34
sich fortlaufend von der Steuernemenscheibe 32 entfernt, dann wird
die Neigung des Steuerriemens 34 allmählich aufgehoben, bis er im wesentlichen horizontal liegt, wie in Fig. 10b gezeigt.
Dann erreicht der Steuerriemen 34, wenn er horizontal liegt, die
Zähne 33a der Steuerriemenscheibe 33. Da die Zähne 33a in der Gegenrichtung zu den Zähnen 32a geneigt sind, beginnt der Steuerriemen 34 den kämmenden Eingriff mit der Steuerriemenscheibe 33 fortlaufend von deren rechtem Ende aus zu ihrem linken Ende hin, wie in
Fig. 10c gezeigt. Deshalb beginnen in einer Anfangsperiode des kämmenden Eingriffs die Zähne des Steuerriemens 34 und der Steuerriemenscheibe 33, miteinander nur teilweise in Eingriff zu treten, so
daß Schlaggeräusche bei einem Mindestmaß gehalten werden. Dann wird die Lage, in welcher diese Zähne ineinander eingreifen, fortlaufend
nach links bewegt. Deshalb werden alle Schlaggeräusche verteilt erzeugt und sind somit gemindert.
Wenn der Steuerriemen 34 die Steuerriemenscheibe 33 verläßt und in
kämmenden Eingriff mit der Steuerriemenscheibe 32 tritt, dann kämmen auch die Zähne 34a des Steuerriemens 34 mit den Zähnen 32a der
Steuerriemenscheibe 32 fortlaufend und verteilt in Längsrichtung A der Zähne, so daß Schlaggeräusche infolge des kämmenden Eingriffs
hierzwischen verringert sind. Dementsprechend ist jedes Geräuscn, das dann erzeugt wird, wenn der Steuerriemen 34 und die Steuerriemenscheiben 32, 33 in und außer kämmendem Eingriff miteinander gebracht werden, in hohem Umfang verringert.
Da der Steuerriemen 34 zwischen den Steuerriemenscheiben 32, 33 geneigt und verdrillt ist, ist die Starrheit des Steuerriemens 34 erhöht, so daß Kräfte vorgesehen werden, die gegen die Erzeugung von
Schwingung Widerstand leisten, wobei der Steuerriemen 34 an Resonanzschwingungen gehindert ist.
In Fig. 9 sind die Zahnspitzen 32b, 33b der antreibenden Steuerriemenscheibe 32 und der angetriebenen Steuerriemenscheibe 33 in entgegengesetzten Richtungen geneigt. Die Zahnspitzen 32b, 33b der
Scheiben 32, 33 können aber auch in der gleichen Richtung geneigt sein, wobei dieselbe Wirkungsweise und dieselben Vorzüge wie bei
jener Kraftübertragung erzeugt werden, die in Fig. 9 dargestellt ist.
Bei der Kraftübertragungseinrichtung der Fig. 9 weisen die Steuerriemenscheiben 32, 33 keine Einrichtungen euf, um den Riemen am
Versatz zu hindern, aber es ist eine Einrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen, um den Riemen am Versatz zu hindern, wie etwa ein mit
Flansch versehenes leerlaufendes Rad, und zwar in einer Lage, wo es dem Zahnriemen 34 zugewandt ist bzw. gegenüberliegt. Die Flansche
35, 36, die durch die strich-doppelpunktierten Linien in Fig. 9 bezeichnet sind, können an den Enden der Steuerriemenscheiben 32, 33
mit dem größeren Durchmesser angeordnet sein, und die anderen Einrichtungen zum Verhindern des Riemenversatzes können weggelassen
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-19-
Die Zähne der konischen Scheibe 10 und der Steuerriemenscheiben 32,
33 in den Kraftübertragungseinrichtungen, die in den Fig. 1 und 9 gezeigt sind, weisen konstante Höhen auf, und ihre Spitzen und Füße
liegen in Ebenen, die die Mittelachsen I., 1^, 1^, I4 umfassen und sind zu diesen Mittelachsen hin geneigt. Es kann jedoch
auch eine Steuerriemenscheibe 37 verwendet werden, die Zähne 37a anweist, wie sie in Fig. 11 gezeigt sind.
Die Steuerriemenscheibe 37, die in Fig. 11 dargestellt ist, weist
Zähne 37a auf, die jeweils eine Zahnspitze 37b aufweisen, die zur Mittelachse I5 der Drehung der Scheibe 37 hin geneigt ist, sowie
einen Zahnfuß 37c, der sich parallel zur Mittelachse 1,- erstreckt. Bei dieser Anordnung werden die Zahnfiiße 34c der Steuerrieindnscheibe 34 in fortlaufenden kämmenden Eingriff mit den Zahnspitzen 37b der Steuerriemenscheibe 37 gebracht.
Die Steuerriemenscheibe 37 kann Schlaggeräusche mindern, die dann
erzeugt werden, wenn die Zähne miteinander in kämmenden Eingriff treten, und kann auch bei ihrer Herstellung einfach bearbeitet werden. Der Steuerriemen 37 kann einen integrierten Flansch 38 (durch
strich-doppelpunktierte Linien bezeichnet) an seinem Ende mit grösserem Durchmesser aufweisen, um zu verhindern, daß der Riemen versetzt wird.
Fig. 12 zeigt eine erfindungsgemäße Kraftübertragungseinrichtung
mit einem Zahnriemen gemäß einem noch anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Kraftübertragungseinrichtung der Fig. 12 ist dieselbe wie die
Kraftübertragungseinrichtung, die in Fig. 9 gezeigt ist, und zwar dahingehend, daß sie Drehkraft von einer Kurbelwelle 39 auf eine
Nockelwelle 40 bei einem Ventilbetätigungsmechanismus übertragen kann, aber sie hat unterschiedlich geformte Zähne an einem Paar
Scheiben.
-20-
Ein Zahnriemen 43 ist um eine antreibende Steuerriemenscheibe 41
herumgelegt, die fest an einer Kurbelwelle 39 angebracht ist, sowie um eine angetriebene Steuerscheibe 41, die fest an einer Nockenwelle 40 angebracht ist.
Die Steuerriemenscheibe 41 weist Zähne 41a auf, die jeweils eine
Zahnspitze 41b umfassen, die in einer Ebene liegt, die die Mittelachse Ig der Drehung der Scheibe 41 aufweist, und sich parallel
zur Mittelachse lg erstreckt, und weist auch einen Zahnfuß 41c
auf, der in einer Ebene liegt, die die Mittelachse Ig enthält und
der zur Mittelachse Ig geneigt ist. Somit folgen die Zahnfüße 41c
einem kegel stumpfförmigen Weg mit verjüngter Form, wenn die Drehung
erfolgt.
Die Steuerriemenscheibe 42 weist Zähne 42a auf, die jeweils eine
Zahnspitze 42b aufweisen, die in einer Ebene liegt, die die Mittelachse I-, der Drehung der Scheibe 42 umfaßt, und sich parallel zur
Mittelachse \j erstreckt, und die auch einen Zahnfuß 42c aufweisen, der in einer Ebene liegt, welche die Mittelachse 1-, aufweist
und zur Mittelachse \j geneigt ist. Somit folgen die Zahnfüße 42c
einer kegel stumpfförmigen Bahn mit geneigter Form, wenn die Drehung
erfolgt.
Die Abmessungen der Abschrägungen der Steuerriemenscheiben 41, 42
liegen innerhalb des oben genannten, bevorzugten Bereichs von 1/15 bis 1/4C. Die Zähne 41a, 42a der Steuerriemenscheiben 41, 42 sind
geringfügig niedriger als die Zahn*. 43a des Zahnriemens 43.
Wenn die Zahnspitze 43b des Zahnriemens 43 der Steuerriemenscheibe
41 oder 42 so gegenüberliegend angeordnet irt, daß sie in kämmenden
Eingriff hiermit gelangt, wie in Fig. 13 gezeigt, dann greift ehe Zahnspitze 43b in einen flacheren Abschnitt des Zahnfußes 41c oder
42c der Steuerriemenscheibe ein, so daß der kämmende Eingriff mit der Steuerriemenscheibe beginnt. Deshalb werden Schlaggeräusche
-21-
während einer Anfangsperiode des kämmenden Eingriffs bei einem Mindestmaß
gehalten. Dann wird die Lage, in welcher die Zahnspitze 43b mit dem Eingriff mit dem Zahnfuß 41c, 42c beginnt, fortlaufend zu
einer tieferen Lage des Zahnfußes 41c, 42c bewegt, so daß die Schlaggeräusche verteilt erzeugt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden
jene Zähne 43a des Zahnriemens 43, welche in den flacheren Abschnitt des Zahnfußes 41c, 42c eingreifen, in hohem Maße elastisch
verformt, wobei Schlaggeräusche gemindert werden.
Bei der in Fig. 12 gezeigten Kraftübertragungseinrichtung sind die
Abmessungen der Abschrägungen der Wege, welchen die Zahnfüße 41c, 42c der Steuerriemenscheiben 41, 42 f.-Igen, gerii ]. Zusätzlich werden
die Zähne des Zahnriemens 43, die den flacheren Abschnitten der Zahnfüße 41c, 42c zugewandt sind, in hohem Maße elastisch verformt.
Demzufolge wird der Zahnriemen 43 nicht wesentlich in Bezug auf die Mittelachsen Ig, I7 geneigt und wird im wesentlichen auch nicht
in Längsrichtung A des Zahnes versetzt.
Die Kraftübertragungseinrichtung der Fig. !2 weist eine Einrichtung
(nicht gezeigt) auf, um zu verhindern, daß der Riemen versetzt wird, und zwar in einer Lage fern von den Steuerriemenscheiben 41,
42.
Die Scheiben können auch jeweils Flansche 44, 45 aufweisen, wie
durch die strich-doppelpunktierten Linien in Fig. 12 bezeichnet ist, und die andere Einrichtung zum Verhindern des Riemenversatzes
kann weggelassen werden.
Bei der Kraftübertragungseinrichtung der Fig. 12 sind die Wege, denen
die Zahnfüße 41c, 42c der Steuerriemenscheiben 41, 42 folgen, wenn diese gedreht werden, von abgeschrägter Form. Es kann jedoch
auch nur jener Weg eine verjüngte Ausbildung aufweisen, dem der Zahnfuß 42c der angetriebenen Steuerriemenscheibe 42 folgt, welche
sonst ein verhältnismäßig starkes Geräusch erzeugt.
..-ZIr- ..
12 gezeigten Kraft'Jbertragungseinrichtung sind in Gegenrichtungen f
geneigt. Stattdessen können die Zahnüße 41c, 42c der Scheiben 41, '-.
42 aber auch in derselben Richtung geneigt sein. Eine solche Alter- ;
nativausbildung kann auch dieselbe Wirkungsweise und dieselben Vor- ;·
züge aufweisen, wie jene der Kraftübertragungseinrichtung der Fig. f
12.
Bei den obigen Anordnungen wurden die Flansche 28, 35, 36, 38, 44
und 45 als eine Einrichtung an den Scheiben zum Verhindern des Riemenversatzes beschrieben. Fig. 14 zeigt einen anderen Aufbau, bei
welchem eine ringförmige Leiste 44d an der inneren Umfangsfläche
eines Zahnriemens 44 so vorgesehen ist, daß sie sich durch Zähne
44a des Riemens 44 erstreckt, und Aussparungen 45d sind in den Zähnen 45a der Scheibe 45 als Einrichtung ausgebildet, um den Riemenversatz zu verhindern. Die ringförmige Leiste 44a weist eine Höhe
auf, die kleiner ist als die Höhe der Zahnspitzen 44b des Riemens &iacgr;
44, und die Aussparungen 45d weisen eine Tiefe auf, die kleiner ist i als die Tiefe der Zahngründe bzw. Zahnfüße 45c der Zähne 45a.
Der Riemen 44 kann am Versatz in Längsrichtung A der Zähne durch '
die Aussparungen 45d als Einrichtung zum Hindern des Riemenversatzes gehindert werden, sowie durch die ringförmige Leiste 44d, die
in Eingriff mit den Aussparungen 45d tritt.
{ Die auf diese Weise angeordnete vorliegende Erfindung bietet somit
die folgenden Vorzüge: |
kämmende Eingriff zwischen den Zähnen des Zahnriemens und den Zäh- |
nen mindestens der angetriebenen Scheibe nicht gleichzeitig im vol- I
len Längsbereich der Zähne bewirkt, sondern wird fortschreitend in !
rausche, die dann erzeugt werden, wenn die Zähne miteinander kam- %
-23-
men, verteilt, gemindert und im Pegel abgesenkt. Außerdem bewirken
das fortschreitende Kämmen von Riemen und Scheibe und eine Änderung in der Starrheit des Riemens infolge unterschiedlicher Spannungen
am Riemen in seiner Querrichtung Widerstandskräfte, die die Resonanz des Riemens aufheben, um das Geräusch abzusenken, das sonst
durch die Riemenresonanz verursacht würde, und zwar insbesondere zyklische Geräusche, wenn der nütür leerläuft. Die Verringerung in
der Resonanz der Riemen führt zu einer erhöhten Haltbarkeit des Zahnriemens.
Da zusätzlich die Zähne der antreibenden Scheibe und der angetriebenen Scheibe mit erhöhtem Freiheitsgrad gebildet werden können,
ist es möglich, Scheiben und einen Riemen auszuwählen, die für jede gewünschte Kraftübertragungseinrichtung bestens geeignet sind, sowie jene, die beim Verringern von Geräusch am wirksamsten bind.
Die industrielle Anwendbarkeit ist folgende: die erfindungsgemäße
Kraftübertragungseinrichtung, die einen Zahnriemen verwendet, ist in hohem Grade nützlich als Einrichtung zum übertragen einer Drehkraft von einer Kurbelwelle auf den ventiibetätigungsmeChänisrnuj
eines Motors und kann wirksam als Drehkraftübertragungseinrichtung verwendet werden, bei welcher das Verhältnis der Drehzahlen zweier
Wellen konstant gehalten werden sollte.
-24-
Claims (6)
1. Kraftübe.tragungseinrichtung zum übertragen der Drehkraft von
einer antreibenden Scheibe, die an einer Antriebswelle angebracht ist, über einen Zahnriemen auf eine angetriebene Scheibe, die an
einer angetriebenen Welle angebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnspitzen (27b)
der Zähne (27) mindestens der angetriebenen Scheibe (10) in einer Ebene liegen, die eine Mittelachse (I-) der Drehung der angetriebenen Scheibe (10) aufweist, und im Bezug auf diese Mittelachse
(I2) geneigt sind.
2. Kraftübertragungseinrichtung zum übertragen der Drehkraft von
einer antreibenden Scheibe, die an einer Antriebswelle angebracht
ist, über einen Zahnriemen auf eine angetriebene Scheibe, die an einer angetriebenen Welle angebracht ist,
dadurrh g e k e &eegr; &eegr; &zgr; e i c h &eegr; e t , daß die Zahnfüße (27c) der
Zähne (27) mindestens der angetriebenen Scheibe (10) in einer Ebene liegen, die die Mittelachse (I2) der Drehung der angetriebenen
Scheibe (10) aufweist, and in Bezug auf diese Mittelachse (12) geneigt sind.
3. Kraftübertragungseinrichtung zum übertragen der Drehkraft von
-2-
4707064 Far". .". .". .**. .'". "' &iacgr;&bgr;&igr;&iacgr;&ohacgr;&igr;&ogr;&eegr;&igr;&bgr;&eegr;: Beye. >*femsöat* Muncnen 453100 (BU 70020270)
2456OSwana (Oti)'<7eVi80'··: '· &iacgr;: '' ·* Hypo*«* München 4410122850 (BLZ 70020011) Sw.lt (Mt: HYTO DE MW
'..' *,.' ..' ■-.* '.." '. OeuMche B** München3743440(BLZ70070010)
Prwtoim Mimrhwi 553 4S-KJ8 (BLZ TtXJIOOBOi
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-2-
einer antreibenden Scheibe, die an einer Antriebswelle angebracht
ist, über einen Zahnriemen auf eine angetriebene Scheibe, die an einer angetriebenen Welle angebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnspitzen (27b) und die Füße bzw. Gründe (27c) der Zähne (27) mindestens der ange
triebenen Scheibe (10) in einer Ebene liegen, die die Mittelachse (I2) der Drehung der angetriebenen Scheibe (10) aufweist, und in
Bezug auf diese Hittelachse (Ip) geneigt sind.
4. Kraftübertragungseinrichtung zum übertragen der Drehkraft von
einer antreibenden Scheibe, die an einer Antriebswelle angebracht ist, über einen Zahnriemen auf eine angetriebene Scheibe, die an
einer angetriebenen Welle angebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (32a) der
angetriebenen Scheibe (32) in einer Ebene liegen, die eine erste Mittelachse (Ij) der Drehung der angetriebenen Scheibe (32) aufweist, und in Bezug auf die erste Mittelachse (I3) geneigt sind,
und daß die Zähne (32a) der Antriebsscheibe (33) in einer Ebene liegen, die eine zweite Mittelachse (l.) der Drehung der angetriebenen Scheibe (33) aufweist, und in Bezug auf die zweite Mittelachse (I4) geneigt sind, und daß die Zähne (33a, 32a) der
Antriebsscheibe und der angetriebenen Scheibe (33, 32) in entsprechenden, einander entgegengerichteten Richtungen geneigt
sind.
5. Kraftübertragungseinrichtung nach jedem der Ansprüche 1,2,; oder 4, ferner gekennzeichnet durch eine Einrichtung (35, 36) an
mindestens der angetriebenen Scheibe (10; 32), um zu verhindern, daß der Zahnriemen (34) in Längsrichtung der Zähne (34a) des gezahnten Riemens (34) versetzt werden.
6. Kraftübertragungseinrichtung nach jedem der Ansprüche 1,2,; 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnriemen (34) Stirnrac
zähne (34a) aufweist.
-3-
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