DE3305504C2

DE3305504C2 - Zahnriemengetriebene, lärmgedämpfte Kraftübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3305504C2
Application number: DE3305504A
Authority: DE
Inventors: Jorma Tampere Koivula
Original assignee: Osakeyhtiö Tampella AB, Tampere
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1983-02-17
Publication date: 1987-04-23
Also published as: GB2116289B; US4545778A; SE449248B; DE3305504A1; IT1160726B; NL8300849A; SE8300956L; FI64445C; GB2116289A; FI64445B; IT8319751A0; GB8304557D0; SE8300956D0

Abstract

Zahnriemengetriebene Kraftübertragungsanlage, welche eine Riemenrolle (1), mit einer Verzahnung (5) auf der äußeren Peripherie, und einen Riemen (2) mit einer entsprechenden Verzahnung umfaßt. Für die Dämpfung des bei der Rotation der Riemenrolle entstehenden Lärms, ist auf der Verzahnung der Riemenrolle und/oder des Riemens ein oder mehrere, die Zahnlücken mit der Außenluft verbindender/verbindende Entweichungsweg/Entweichungswege (7) für die zwischen den Verzahnungen bleibende Luft gemacht.

Description

Die Erfindung betrifft eine zahnriemengetriebene, lärmgedämpfte Kraftübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 31 24 320) werden die im Betriebszustand auftretenden Geräusche dadurch vermindert, daß die Verzahnung der Zahnscheibe einen oder mehrere die Zahnlücken mit der Außenluft verbindende Entweichungswege für die zwischen den Verzahnungen eingeschlossene Luft aufweist. Diese Entweichungswege werden einmal durch quer zur Drehrichtung verlaufende, sich über die Zahnbreite erstreckenden Nuten auf dem Zahnkopf und auf dem Zahngrund gebildet, zum anderen durch den Zahngrund durchsetzende, radiale Nuten oder durch axiale Bohrungen für den Fall, daß die Zahnscheibe mit einem seitlichen Flansch versehen ist. Durch das Entweichen von zwischen der Verzahnung und dem Zahnriemen eingeschlossener Luft entsteht ein durch ein hochfrequentes Pfeifen ausgeprägtes Geräusch. Hierbei spielt die Zahnriemenbreite insofern eine Rolle, als sich mit zunehmender Breite aufgrund der dadurch bedingten Zunahme der zu verdrängenden Luftmenge die Pfeifgeräusche verstärken, und zwar in Abhängigkeit von der Drehzahl der Zahnscheibe. Es hat sich gezeigt, daß der Verdrängungswiderstand, den die durch die Bohrungen bei der bekannten Konstruktion vorgegebenen Entweichungswege entwickeln, insbesondere bei breiten Riemen so groß werden kann, daß bei höheren Geschwindigkeiten die eingeschlossene Luft nicht wirksam entweichen kann, daß also die vorgesehenen Radialbohrungen oder Axialnuten unzureichend sind.
Andererseits lassen sich die Anzahl solcher Bohrungen und Nuten und ihr Durchmesser bzw. ihre Breite nicht beliebig vergrößern, da andernfalls eine zu starke Schwächung der Festigkeit der Zahnscheibe auftreten würde und im Falle der auf dem Zahnkopf vorgesehenen Axialnuten eine zu starke Schwächung des Zahnquerschnitts.
Ferner wurde festgestellt, daß sich die Axialnuten auf dem Zahnkopf, wie sie beispielsweise auch aus der US-PS 29 88 925 bekannt sind, und am Zahngrund rasch mit dem Abrieb des Zahnriemens füllen können, der üblicherweise aus einem weniger abriebfesten Material besteht als die Zahnscheibe, wodurch dann der Entlüftungseffekt gefährdet wird, wenn nicht durch eine ständige Wartung des Antriebs für die Reinhaltung der Nuten gesorgt wird. Im übrigen dienen solche Axialnuten in dem Zahnkopf bei Zahnriemen in erster Linie der Verbesserung der Flexibilität der Zahnflanken und weniger der Vermeidung der Geräuschminderung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die bei dem bekannten Zahnriemengetriebe beobachteten Nachteile zu vermeiden und insbesondere bei breiten Zahnriemen auch bei hohen Drehzahlen für eine Abführung des zwischen den aufeinander abrollenden gezahnten Oberflächen eingeschlossenen Luftvolumens in einer Weise zur sorgen, die keine hochfrequenten Pfeifgeräusche entstehen läßt und trotzdem die Festigkeit der Zahnscheibe nicht beeinträchtigt. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch wird erreicht, daß die sich in Drehrichtung der Zahnscheibe über deren Umfang erstreckende Nut oder Nuten, die alternativ auch in der Oberfläche des Zahnriemens angebracht sein können, die Zahnscheibe bzw. den Zahnriemen in wenigstens zwei parallele, in Riemenlängsrichtung verlaufende, bzw. in Scheibenumfangsrichtung verlaufende Antriebselemente aufteilen, durch die überraschenderweise selbst bei großen Geschwindigkeiten eine Geräuschentwicklung völlig ausgeschlossen wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß dann, wenn Zahnscheibe und Zahnriemen ineinandergreifen oder aufeinander abrollen, die Verdrängungsräume für die Luft nicht vollständig geschlossen werden, sondern durch das Eintauchen der Nuten in den Zahngrund der Verzahnung teilweise offen bleiben, so daß die Luft aus den sich zwischen Riemen und Scheibe schließenden Zahnlücken nicht nur axial sondern auch in Umfangsrichtung in die noch nicht geschlossenen benachbarten Zahnlücken entweichen kann.
Aus der US-PS 38 38 107 und der US-PS 27 70 977 sind nun zwar bei Kraftübertragungsvorrichtungen der gattungsgemäßen Art Umfangsnuten oder -rippen bekannt, diese dienen jedoch zur Führung und Halterung des Riemens um zu verhindern, daß der Riemen von den Zahnrädern bzw. -scheiben herunterrutscht, und nicht zur Lärmminderung.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine perspektivische, teilweise schematisierte Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische, teilweise schematisierte Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 eine grafische Gegenüberstellung von Lärmmeßkurven für eine erfindungsgemäße und eine herkömmliche Kraftübertragungsvorrichtung im Zustand ohne Belastung und
Fig. 6 eine grafische Gegenüberstellung von Lärmmeßkurven für eine erfindungsgemäße und eine herkömmliche Kraftübertragungsvorrichtung im Zustand mit Belastung.
Zu der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kraftübertragungsvorrichtung gehört eine Zahnscheibe 1 und ein endloser Riemen 2, dessen Innenfläche eine entsprechende Verzahnung 6 aufweist. Der Riemen läuft über wenigstens ein zweites Antriebsorgan 3, welches gewöhnlich eine zweite Riemenscheibe, ein Achszapfen, eine Riementrommel o. dgl. ist.
Die Zahnscheibe 1 ist auf eine Achse 4 angeordnet und auf ihrem Außenumfang mit einer Verzahnung 5 versehen. Auf der Innenfläche des Riemens 2 befindet sich, wie bereits erwähnt, eine entsprechende Verzahnung 6, die in die Verzahnung 5 beim Abrollen des Riemens auf der Zahnscheibe eingreift.
Erfindungsgemäß sind auf dem Umfang der Zahnscheibe zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende Nuten 7 rechtwinklig zu den Zähnen der Verzahnung 5 angebracht. Diese Nuten teilen die Verzahnung, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in drei Zahnkränze 5 A, 5 B und 5 C auf. Diese separaten Zahnkränze brauchen nicht gleich breit zu sein, sondern können unterschiedliche Breiten besitzen. Die die Verzahnung durchsetzenden Nuten 7 erstrecken sich bis unterhalb des Zahngrundes.
Bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform sind die den Lärm dämpfenden Nuten 17 auf der Innenfläche des Zahnriemens 2 so angebracht, daß die Verzahnung 6 dieses Riemens in drei separate Zahnkränze 6 A, 6 B, 6 C aufgeteilt wird. Die Nuten erstrecken sich in diesem Fall in Riemenlängsrichtung. Auf der Zahnscheibe 1 ist hierbei eine gewöhnliche Verzahnung 5 ausgeführt. Der Riemen 2 enthält ein dessen Zugfestigkeit steigerndes Stützgewebe 18 bekannter Art.
Es ist festgestellt worden, daß dann, wenn die Verzahnung der Zahnscheiben mit Entweichungswegen der bei 7 gezeigten Art für Luft versehen wird, der durch einen breiten Riemen verursachte Lärm bedeutend gemindert werden kann. In einem Beispiel wurden in einer 90 mm breiten Verzahnung zweier Zahnscheiben zwei in einem Abstand von 30 mm voneinander und von den Randkanten der Verzahnung befindliche Nuten angebracht. Die Breite der Nuten betrug 4 mm und ihre Tiefe 8 mm, wobei sich die Nuten etwa 4 mm unterhalb des Zahngrundes erstreckten. Die Zahnscheiben waren durch einen üblichen Zahnriemen verbunden, und eine zweite Zahnscheibe wurde mit einem Elektromotor angetrieben.
In den Fig. 5 und 6 sind die Meßergebnisse von Lärmmessungen vergleichsweise grafisch dargestellt, wobei jeweils auf der Ordinate des betreffenden Koordinatensystems die Schallwerte in dB und auf der Abszisse die zugehörigen Schallfrequenzwerte, gemessen in Hz, dargestellt sind.
In Fig. 5 beschreibt die Kurve A die Verhältnisse für Zahnriemengetriebe der erfindungsgemäßen Art, also für mit Umfangsnuten versehene Zahnscheiben, und zwar ohne Belastung, während die Kurve B die Verhältnisse für nicht mit Umfangsnuten versehene Zahnscheiben darstellt, und zwar ebenfalls ohne Belastung. Als Ergebnis ist festgehalten, daß der durch die mit Umfangsnuten versehenen Zahnscheiben verursachte Lärm bei einer Frequenz von 2 kHz wesentlich geringer ist. Die höchste Differenz im Lärmpegel zwischen Zahnscheiben mit und ohne Nuten beträgt etwa 8 dB und tritt bei einer Frequenz von 4 kHz auf. Durchschnittlich ist der Lärmpegel einer mit Längsnuten versehenen Zahnscheibe im Vergleich zu einer nutenlosen Zahnscheibe um 6 dB geringer.
Die Fig. 6 betrifft eine Gegenüberstellung der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung mit einer mit Längsnuten versehenen Zahnscheibe und einer Übertragungsvorrichtung mit einer Zahnscheibe ohne Längsnuten, und zwar im Belastungszustand der Anlage, wobei der Zahnriemen eine Leistung von etwa 55 kW überträgt. Die größte Lärmdifferenz tritt bei hohen Frequenzen auf und beträgt dort etwa 10 dB, während die Differenz des durchschnittlichen Lärmpegels etwa 8 dB ausmacht. Auch hier zeigen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktion gegenüber der herkömmlichen. Die relative Bedeutung der hohen Frequenzen bei Lärm ist, was die Hörempfindlichkeit des menschlichen Ohres angelangt, viel größer als bei niedrigen Frequenzen, so daß die besonderen Vorteile der Erfindung sich vor allem bei hohen Frequenzen günstig auswirken.

Claims

1. Zahnriemengetriebene, lärmgedämpfte Kraftübertragungsvorrichtung, die eine einstückige Zahnscheibe (1) mit einer Verzahnung (5) auf dem äußeren Umfang und einen Riemen (2) aufweist, dessen Innenfläche eine entsprechende Verzahnung (6) besitzt, die mit der Verzahnung der Zahnscheibe in Eingriff steht, wobei der Riemen zur Kraftübertragung über die Zahnscheibe und ein zweites Antriebsorgan (3) läuft und die Verzahnung (5, 6) der Zahnscheibe (1) und/oder des Riemens (2) einen oder mehrere die Zahnlücken mit der Außenluft verbindende Entweichungswege (7; 17) für die zwischen den Verzahnungen befindliche Luft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (5, 6) zur Lärmdämpfung wenigstens eine in Drehrichtung gerichtete, die Verzahnung durchsetzende Nut (7; 17) aufweist, die bis unterhalb des Zahngrundes der Verzahnung (5, 6) reicht und im Betriebszustand der Kraftübertragungsvorrichtung von dem Riemen (2) nicht durchsetzt wird.

2. Kraftübertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut oder Nuten (7; 17) die Verzahnungen (5; 6) in separate Zahnkränze (5 A, 5 B, 5 C; 6 A, 6 B, 6 C) unterteilen.

3. Kraftübertragungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnkränze (5 A, 5 B, 5 C; 6 A, 6 B, 6 C) gleich breit sind.