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Die Erfindung betrifft ein Zahnriemen-Zahnradgetriebe, bestehend aus einem verzahnten Riemen und mindestens einem Zahnrad mit in die Riemenverzahnung eingreifenden Zähnen, wobei die Riemen- zähne aus einem Elastomer bestehen und an einem Zugglied befestigt sind und wobei jeder Riemen- zahn eine Umrissform hat, die im wesentlichen von einem Kreisbogen begrenzt ist.
In der US-PS Nr. 2, 507, 852 ist ein Zahnriemen beschrieben, der aus einem undehnbaren Zug- glied, mit diesem verbundenen Zähnen sowie einer die Zähne bedeckenden Schutzschicht besteht.
Die Zähne sind aus einem Elastomer, beispielsweise aus Gummi, gefertigt. Der Zahnriemen kann auf seiner Rückseite eine Abdeckschicht besitzen, die aus ähnlichem oder auch aus dem gleichen
Material wie die Riemenzähne besteht.
Zur Herstellung derartiger Zahnriemen wurden bereits verschiedene Elastomere verwendet. Bei- spiele für derartige Elastomere sind Neopren und Polyurethan. Zahnriemen dieser Gattung sind zum
Eingriff mit Zahnrädern vorgesehen, die aus einem Werkstoff bestehen, dessen Elastizitätsmodul erheb- lich grösser als jener der Elastomere ist, aus denen die Zahnriemen hergestellt werden. Bei den herkömmlichen Zahnriemen, die in der eingangs genannten US-PS beschrieben sind, werden Riemen- zähne verwendet, deren Profil eine im wesentlichen trapezförmige Aussenkontur besitzt. Diese Zahn- form ist der Form der üblichen Zahnstangenzähne sehr ähnlich.
Es wurden schon viele Versuche gemacht, um die Riemenzähne und die Zahnradzähne zu ändern und auf diese Weise die Schwierig- keiten zu verringern, die sich infolge der Zahnriemenfehler, beispielsweise dem Abscheren von
Riemenzähnen infolge hoher Spannungskonzentrationen im Zahnriemen, einstellen.
Ausbildungen von Zahnriemen-Zahnradgetrieben sind z. B. aus der GB-PS Nr. 871, 353 und der
FR-PS Nr. 1. 535. 143 bekannt. Ein aus Stahlbändern aufgebauter Zahnriemen mit Riemenzähnen, deren
Umrissform von einem Kreisbogen begrenzt ist, wird in der CH-PS Nr. 332604 beschrieben. Die
GB-PS Nr. 871, 353 betrifft dabei in erster Linie eine Ausbildung der Riemenzähne, bei der das den
Riemen bildende Band in Schlaufen um zylindrische Stifte herumgelegt ist und die Schlaufen durch
Klammern fixiert sind. Nennenswerte Zugkräfte können mit diesem bekannten Getriebe nicht über- tragen werden.
Die FR-PS Nr. 1. 233. 957 beschreibt ein Getriebe, bei dem ein mit im Querschnitt kreisrunden
Verdickungen ausgerüstetes Seil mit einem etwa halbkreisförmige Vertiefungen aufweisenden Rad zusammenwirkt.
Daneben sind auch Zahnriemen-Zahnradgetriebe mit im Querschnitt trapezförmigen Riemenoder Zahnradzähnen vorgeschlagen worden (US-PS Nr. 3, 068, 710 und Nr. 3, 156, 128).
Der Bereich der höchsten Spannungen in einem trapezförmigen Riemenzahn liegt im Fussbereich, u. zw. auf jener Seite des Riemenzahnes, an der die Kraft übertragen wird. Dieser Bereich hoher Belastung nimmt nur etwa 20 bis 30% des Gesamtzahnvolumens in Anspruch. Die Folge davon ist eine unwirtschaftliche Ausnutzung des Elastomers und vor allem auch eine ungleichförmige Last- übertragung von den Riemenzähnen auf das Zugglied über die Fläche zwischen dem Zugglied und den Riemenzähnen.
Um die Leistung eines derartigen Zahnriemens zu steigern, ohne unter dem damit verbundenen Problem des Abscherens der Riemenzähne zu leiden, ist es notwendig, Spannungs- oder Belastungsspitzen in den Riemenzähnen zu senken und eine gleichförmigere Lastübertragung von den Riemenzähnen auf das Zugglied zu erreichen. Untersuchungen haben ausserdem ergeben, dass sich bei trapezförmigen Riemen-und Zahnradzähnen Störungen ergeben, wenn diese in Eingriff miteinander treten. Die Aussenkanten benachbarter Riemenzähne und Zahnradzähne neigen nämlich zum Überlap- pen, weil zwischen den zusammentretenden Zähnen ungenügend Spiel vorhanden ist und weil sich innerhalb des Riemens unter Last Verformungen ergeben.
Diese Erscheinung hat zur Folge, dass die Zähne beim Ineinan. ! ertreten aneinander gleiten, was einen unerwünscht grossen Verschleiss der Zähne und Hitzeentw cklung verursacht. Diese Störungen erzeugen darüber hinaus Querschwingungen im Zahnriemen, lie Zahnriemengeräusche und Ermüdungserscheinungen, insbesondere Biegungsermüdungen, zur Fo ge haben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten Schwierigkeiten durch eine entsprechende Gestaltung der Riemenzähne und der Zahnradzähne zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bei einem Zahnriemen-Zahnradgetriebe der einleitend umschriebenen Gattung dadurch erreicht, dass die Krümmungsmittelpunkte benachbarter Riemenzähne höchstens um das Doppelte der Länge des
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Halbmessers der die Umrissform der Riemenzähne bildenden Kreisbögen voneinander entfernt sind und bei gerade verlaufendem Zahnriemen auf einer zum Zugglied parallelen Geraden liegen und dass die Lücken der Zahnradzähne nach einem Kreisbogen verlaufen.
Beim erfindungsgemäss ausgebildeten Zahnriemen-Zahnradgetriebe ist der Spannungspegel in den
Riemenzähnen vergleichsweise niedrig und es ergeben sich auch keine Flächen hoher Spannungs- konzentrationen. Es wird eine wesentlich gleichförmigere Übertragung der Last vom Riemenzahn auf das Zugglied, die sich über die gesamte Berührungsfläche zwischen Riemenzahn und Zugglied erstreckt, erreicht. Die Riemenzähne springen auch bei hohen Belastungen nicht aus den Zahn- lücken des Zahnrades.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Halbmesser des die Lücken der Zahnradzähne bildenden Kreisbogens um höchstens 10% grösser ist als der Halbmesser des die Riemenzähne begrenzenden Kreisbogens.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Zahnriemen-Zahnradgetriebes zeichnet sich dieses dadurch aus, dass im Fusspunkt der Riemenzähne an diese gelegte Tangenten mit den durch die Mitte des jeweiligen Riemenzahnes verlaufenden Symmetrielinien einen Winkel von weniger als 300 einschliessen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in den Zeichnungen vereinfacht wiedergegebenen Ausführungsbeispieles. Es zeigt Fig. l in Schnittansicht ein Zahnriemen-Zahnradgetriebe und Fig. 2 und 3 Teilschnitte des Zahnriemens bzw. des Zahnrades.
Ein Zahnriemen-l-steht mit einem treibenden und einem getriebenen Zahnrad --2 bzw.
3-- im Eingriff. Der Zahnriemen-l-weist ein Zugglied --4-- auf, das aus mehreren Windungen eines fortlaufenden Stranges faden- oder faserartigen Materials gebildet ist. Das Zugglied --4-- übernimmt nahezu die gesamte Last, die auf den Zahnriemen-l-ausgeübt wird. Dabei verhält sich das Zugglied --4-- bis zu der Last, für die der Zahnriemen-l-ausgelegt ist. nahezu undehnbar. Eine ausführliche Beschreibung der Grundlagen eines Zahnriemen-Zahnradgetriebes ist in der US-PS Nr. 2, 507, 852 enthalten.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäss verbesserten Zahnriemen-Zahnradgetriebes zeigen die Fig. 2 und 3. Der Zahnriemen --1-- besitzt Zähne --5-- und eine Decklage --1-- auf der Aussenoder Rückseite. Das Zug glied --4-- ist in unmittelbarer Nähe der Fusspunkte 5'der Riemen- zähne --5-- in den Zahnriemen-l-eingebettet. Die gesamte gezahnte Oberfläche des Zahn-
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aus einem elastomeren Werkstoff angeordnet sein, deren Aufgabe darin besteht, die Haftfähigkeit in den Fusspunkten'1 zwischen je zwei Riemenzähnen --5-- zu verbessern. Wie die Schnittansicht des Zahnriemens-l-in Fig.
Z zeigt, sind die Zähne --5-- so geformt. dass ihre Aussenform von einem Kreisbogen begrenzt wird, der den Mittelpunkt 6 und den Radius r besitzt. Die Kreisbögen benachbarter Riemenzähne --5-- schneiden sich in einem Fusspunkt 5'. Krümmungsmittelpunkte 6 der Kreisbögen, welche die Umrissform der Riemenzähne bestimmen, liegen auf einer Geraden P, die bei gerade verlaufendem Zahnriemen-l-in dessen Längsrichtung und parallel zum Zugglied -4-- verläuft. Die Krümmungsmittelpunkte 6 der die Umrissform der Riemenzähne --5- begrenzenden Kreisbögen besitzen einen Abstand voneinander, der höchstens gleich 2r ist, so dass sich die Kreisbögen maximal bis zur Linie P erstrecken.
Die Zahnräder-2 und 3-- besitzen Radkörper mit Zahnradzähnen --7--, die durch kreisbogenförmige Lücken --8-- voneinander getrennt sind, deren Radius r'um höchstens 10% grösser ist als r.
Die Formen der Riemenzähne --5-- und der Zahnradzähne --7-- sind von wesentlicher erfinderischer Bedeutung. Bei herkömmlichen (z. B. trapezförmigen) Riemenzähnen konzentrieren sich die Belastungen bzw. Spannungen in einem vergleichsweise kleinen Raum im Bereich der Fusspunkte der Zähne, wenn diese mit den Zahnradzähnen in vollem Eingriff stehen. Dabei bleiben jedoch die Aussenecken der Zähne unbeansprucht. Daraus ergibt sich eine ungleichförmige Lastübertragung zwischen den Riemenzähnen und dem Zugglied. Diese ungünstigen Beanspruchungen führen zu einem Zahnriemen mit schlechtem Wirkungsgrad und mit einer vergleichsweise geringen Lebensdauer.
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Zur Steigerung des Wirkungsgrades des Zahnriemen-Zahnradgetriebes müssen derartige Belastungs-bzw. Spannungskonzentrationen, die ungleichförmige Lastübertragung an der Berührungsfläche von Zahn und Zugglied vermieden werden. Ein Zahnriemen, dessen Riemenzähne erfindungsgemäss ausgebildet sind, ist in der Lage, den schlechten Wirkungsgrad sowie auch andere konstruktiv bedingte Fehler bekannter Zahnriemen zu vermeiden.
Der Zahnriemen-l-und die Zahnräder --2 und 3-- sollen so ausgebildet sein, dass der
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jedoch der Unterschied nicht grösser als 10% sein soll und vorzugsweise etwa 4% beträgt.
Weiters ist es günstig, wenn der Radius r der die Riemenzähne begrenzenden Kreisbögen und der Abstand ihrer Mittelpunkte 6 so gewählt wird, dass in den Fusspunkten 5'an die Riemen- zähne --5-- angelegte Tangenten 9 mit der Mittellinie 10 der Riemenzähne --5-- einen Winkel von weniger als 300 einschliessen. Der optimale Winkel liegt bei etwa 5 . Bei diesem Wert wird ver- hindert, dass die Zähne aus dem Eingriff mit den Zahnradzähnen herausspringen.
Die Spitzen --12-- der Zahnradzähne --7-- sollten so ausgebildet sein, dass in den Spit- zen-12-an. die die Lücken --8-- bildenden Kreisbögen angelegte Tangenten --13-- in einem Winkel von weniger als 30 zur Symmetrielinie 14 der Lücken --8-- verlaufen. Auch auf diese Weise wird verhindert, dass die Riemenzähne aus dem Eingriff herausspringen. Der bevorzugte Winkelwert liegt im Bereich von 9", wenn die Tangenten --9-- in den Fusspunkten 51 der Riemenzähne-5-- mit den Mittellinien 10 einen Winkel von 50 einschliessen.
Der Zahnriemen-l-kann nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch das in der US-PS Nr. 3, 078, 206 beschriebene Verfahren. Eine andere Art der Herstellung eines Zahnriemens ist ausführlich in der US-PS Nr. 2,507, 852 erläutert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zahnriemen-Zahnradgetriebe, bestehend aus einem verzahnten Riemen und mindestens einem Zahnrad mit in die Riemenverzahnung eingreifenden Zähnen, wobei die Riemenzähne aus einem Elastomer bestehen und an einem Zugglied befestigt sind und wobei jeder Riemenzahn eine Umrissform hat, die im wesentlichen von einem Kreisbogen begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsmittelpunkte (6) benachbarter Riemenzähne (5) höchstens um das Doppelte der Länge des Halbmessers (r) der die Umrissform der Riemenzähne (5) bildenden Kreisbögen voneinander entfernt sind und bei gerade verlaufendem Zahnriemen (l) auf einer zum Zugglied (4) parallelen Geraden (P) liegen und dass die Lücken (8) der Zahnradzähne (7) nach jeweils einem Kreisbogen verlaufen.