DE3618496A1 - Riementrieb und dafuer vorgesehenes antriebselement - Google Patents

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PatentanwaltDipl.-Ing.R.Menges.Erhardtstr.^.D-eoOOMünchenö Telefon (089) 2015950

Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

Ihr Zeichen/Yuur ref.

Mein Zeichen/My ref. K 137

Datum/Date 02.06.1986

Emerson L. KUMM

Tempe, Arizona 85282, V.St.A.

Riementrieb und dafür vorgesehenes Antriebselement

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Verstellriemenscheiben für Flachriementriebe der in der US-PS 4 295 836 beschriebenen Art.

Gemäß dieser US-Patentschrift besteht die Verstellriemenscheibe aus zwei Teilscheiben, die konzentrisch zueinander sind, aber axialen Abstand haben, um den notwendigen Zwischenraum zur Aufnahme des Treibriemens zu schaffen. Jede Teilscheibe besteht aus zwei Tellern, von denen jeder logarithmische Spiralnuten oder -schlitze oder eine Approximation derselben hat, die sich von der Nähe des Mittelpunktes des Tellers bis in die Nähe seines Umfangs erstrecken. Die logarithmischen Spiralschlitze in dem inneren und dem äußeren Teller jeder Teilscheibe erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen, so daß die Schlitze in dem inneren und dem äußeren Teller einander schneiden.

Der Einfachheit halber wird in der gesamten Beschreibung der Ausdruck "Schlitze" in den meisten Fällen statt des Ausdrucks "logarithmische Spiralschlitze" benutzt. Es ist klar, daß damit "logarithmische Spiralschlitze" gemeint sind.

Die Schlitze oder Nuten in den inneren Tellern der beiden Teilscheiben erstrecken sich in derselben Richtung, und die Schlitze oder Nuten in den äußeren Tellern der beiden Teilscheiben erstrecken sich in entgegengesetzter Richtung. Antriebselemente/ die durch den Treibriemen erfaßt werden/ erstrecken sich zwischen den Teilscheiben auf jeder Seite der Riemenscheibe und werden durch die sich schneidenden Schlitze in ihren radialen Positionen festgehalten. Durch Drehen der beiden inneren Teller relativ zu den beiden äußeren Tellern wird die Radialposition der Antriebselemente verändert/ d.h. in Abhängigkeit von der Richtung der Relativdrehung vergrößert oder verkleinert. Auf diese Weise wird die Verstellbarkeit der Riemenscheibe zum Ändern des Radius des Laufkreises/ den die Antriebselemente für den Treibriemen festlegen, erzielt.

Die Riemenscheiben und der Riemen arbeiten in trockenem/ungeschmiertem Zustand, um hohe Reibungskoeffizienten zwischen dem Riemen und den Riemenantriebselementen in den Riemenscheiben zu erzielen.

Die beiden Enden jedes Antriebselements, die in den Schnittpunkten der Schlitze angeordnet sind, übertragen Kräfte auf und von dem Treibriemen und den Teilscheiben und sind daher beträchtlichem Verschleiß ausgesetzt, ebenso wie die Oberflächen der Schlitze selbst, wenn Gleitbewegungen unter BeIastungszuständen auftreten. Den Antriebselementen wird notwendigerweise nicht gestattet, sich um ihre eigenen Achsen zu drehen, damit die Drehung der Riemenscheibe unter dem Einfluß des Treibriemens erzielt wird. Der Treibriemen übt jedoch eine Tangential- oder Reibungskraft auf die Antriebselemente zusätzlich zu den radialen Kräften aus, die zwischen dem Riemen und den Antriebselementen vorhanden sind. Die Tangentialkraft ergibt ein Moment, das versucht, die Antriebselemente zu drehen. Alle diese Kräfte tragen zum Verschleiß der Lagerenden der Antriebselemente bei, die in den Schnittpunkten der Schlitze angeordnet sind, sowie zum Verschleiß

der Tellerschlitze, wenn die Radialposition der Antriebselemente geändert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte im Durchmesser verstellbare Riemenscheibe der beschriebenen Art zu schaffen, bei der beträchtlich weniger Verschleiß der Antriebselementendlager und der Schlitze in den Tellern, die die Antriebselemente tragen, auftritt.

Weiter soll durch die Erfindung ein verbessertes Antriebselement für eine im Radius verstellbare Flachriemenscheibe geschaffen werden, bei dem der Verschleißfaktor aufgrund des Moments, das die Antriebselemente dreht, im wesentlichen eliminiert ist.

Die Erfindung schafft in einer Ausführungsform einen Riementrieb mit wenigstens einer Verstellriemenscheibe, bei dem ein Paar Teilscheiben eine Reihe von Antriebselementen zwischen sich tragen und ein Treibriemen eine Antriebsfläche an diesen Antriebselementen erfaßt, wobei ein Antriebselement einen zentralen Schaft, ein erstes Lagerteil an einem Ende des zentralen Schafts und ein zweites Lagerteil am anderen Ende des zentralen Schafts aufweist, wobei der zentrale Schaft eine La gerfläche hat, auf der sich ein Treibriemen abstützt, wobei das erste Lagerteil an einer Stelle in einer der beiden Teilscheiben aufnehmbar ist, wobei das zweite Lagerteil an einer Stelle in der anderen Teilscheibe des Teilschexbenpaares aufnehmbar ist, wobei die Mittellinie des ersten und des zweiten Lagerteils einen Antriebsradius festlegt und wobei die Lagerfläche des zentralen Schafts auf dem Antriebsradius angeordnet ist.

Erfindungsgemäß fällt der Riemenantriebsradius der Antriebselemente mit der Mittellinie der Antriebselementlager zusammen.

36Ί8496

In einer weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung einen Riementrieb mit wenigstens einer im Radius verstellbaren Riemenscheibe/ die zwei Teilscheiben aufweist, eine Reihe von Antriebselementen, die zwischen den beiden Teilscheiben abgestützt sind, wobei die Antriebselemente eine Antriebsfläche haben, die durch einen Treibriemen erfaßbar ist, wobei jedes Antriebselement einen zentralen Schaft aufweist, der mit der Antriebsfläche versehen ist, ein erstes Lagerteil an einem Ende des zentralen Schafts und ein zweites Lagerteil am anderen Ende des zentralen Schafts, wobei das erste Lagerteil an einer Stelle in einer der beiden Teilscheiben aufnehmbar ist, wobei das zweite Lagerteil an einer Stelle in der anderen Teilscheibe des Teilscheibenpaares aufnehmbar ist, wobei die Mittellinie des ersten und des zweiten Lagerteils einen Antriebsradius festlegt und wobei die Lagerfläche des zentralen Schafts auf dem Antriebsradius angeordnet ist.

Insbesondere beinhaltet die Erfindung einen Riementrieb mit wenigstens einer im Radius verstellbaren Riemenscheibe, bei der jede der beiden Teilscheiben zwei relativbewegliche, benachbarte Teller aufweist, die dieselbe Drehachse haben, wobei ein Teller jedes Paares eine erste Reihe von logarithmischen Spiralschlitzen aufweist, die sich in einer Richtung erstrecken, wobei der andere Teller jedes Paares eine zweite Reihe von logarithmischen Spiralschlitzen aufweist, die sich in einer zweiten Richtung erstrecken und Schnittpunkte der ersten Reihe und der zweiten Reihe von Schlitzen ergeben, wobei die Schnittpunkte Orte für die Antriebselementlagerteile sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine Radialansicht eines Riementriebs nach der

Erfindung mit einer treibenden und einer angetriebenen Riemenscheibe/

Fig. 2 eine Axialansicht des Riementriebs nach Fig. 1_f

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht einer teilweise weggebrochen dargestellten Riemenscheibe nach der Erfindung/

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab eine Teilschnittansicht des Riementriebs nach den Fig. 1 bis 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht nach der Linie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Riemenantriebselements nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Schnittansicht nach der Linie 7-7 in Fig. 4,

Fig. 8 in größerem Maßstab eine schematische Darstellung, die Teile der Erfindung und deren Wirkungsweise zeigt, und

Fig. 9 in vergrößertem Maßstab eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfindung.

Die Erfindung wird am Beispiel eines Riementriebs 10 beschrieben, der zwei im Durchmesser verstellbare Riemenscheiben (Verstellriemenscheiben) 11 und 12 aufweist, die durch einen Treibriemen 13 verbunden sind. In der folgenden Beschreibung wird die Riemenscheibe 11 als Antriebsriemenscheibe und die Riemenscheibe 12 als angetriebene Riemenscheibe betrachtet, die Rollen dieser Riemenscheibe können aber vertauscht werden, ohne daß sich dadurch am Prinzip etwa ändert. Die Riemenscheibe 11

Λ-

ist auf einer Welle 14 befestigt, und die Riemenscheibe 12 ist ebenso auf einer Welle 15 befestigt. Die Riemenscheiben 11 und 12 gleichen einander, weshalb nur die Riemenscheibe 11 ausführlich beschrieben wird. Der Riemen 13, der in Fig. 3 gezeigt ist, enspricht der Position des Riemens 13 in der in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Position.

Es ist zwar ein Riementrieb mit zwei Verstellriemenscheiben gezeigt, es ist jedoch klar, daß eine einzelne Verstellriemenscheibe zusammen mit einer nichtverstellbaren Riemenscheibe und einer Riemenspannrolle benutzt werden kann.

Die Riemenscheibe 11 weist zwei Teilscheiben 16 und 17 auf, zwischen denen sich eine Reihe von Riemenantriebselementen erstreckt, die durch den Riemen 13 für An- oder Abtriebszwecke erfaßt werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wurde eine Reihe von vierundzwanzig Riemenantriebselementen 18 vorgesehen, wodurch es einen Winkel von 15° zwischen Trummen des Riemens 13 gab, die ein Antriebselement 18 tangential verlassen, im Vergleich zu dem eines unmittelbar benachbarten Antriebselements 18.

Die Teilscheibe 16 besteht aus einem Paar Tellern 19 und 21, die parallel und unmittelbar benachbart zueinander sind. Ebenso weist die Teilscheibe 17 ein Paar Teller 22 und 23 auf,, die parallel und unmittelbar benachbart zueinander sind. Der Längsabstand zwischen den Teilscheiben 16 und 17, d.h. der axiale Abstand zwischen den Tellern 21 und 22 bleibt ungeachtet der Radialeinstellung des Riemens 13 für unterschiedliche An- oder Abtriebsgeschwindigkeiten gleich. Dieser Abstand wird auf gewünschte Weise eingestellt, um ihn der Breite des Riemens 13 anzupassen, der seinerseits so gewählt wird, daß er die Kraft übertragen kann, für die der Riementrieb ausgelegt ist.

Die Radialeinstellung oder -position des Riemens 13 auf der Riemenscheibe 11, wie sie durch die mit ausgezogenen und mit gestrichelten dargestellten Positionen des Riemens 13 in Fig. 2 veranschaulicht ist, wird durch Verändern der Radialposition der Riemenantriebselemente 18 erreicht. Beispielshalber sind in Fig. 2 die Riemenantriebselemente 18 in der mit ausgezogenen Linien dargestellten Position des Riemens auf der Riemenscheibe 11 nahe bei dem Mittelpunkt der Welle 14, und radial weiter außen,nämlich in der Nähe des Umfangs, wenn der Riemen 13 in seiner mit gestrichelten Linien dargestellten Position ist, welches die in Fig. 3 gezeigte Position ist.

Die Veränderung des Radius der Riemenantriebselemente 18 erfolgt durch Relativdrehung der Teller 19 und 21 der Teilscheibe 16 und durch Relativdrehung der Teller 22 und 23 der Teilscheibe 17. Die Antriebseinrichtung dafür ist nicht gezeigt, sie kann aber die aus der US-PS 4 295 836 bekannte Ausbildung haben.

Der Teller 23 hat eine Reihe von logarithmischen Spiralschlitzen 24, die sich von der Nähe des Zentrums unter einem Winkel von 45° gegen den Radius nach außen erstrecken, wie es in der genannten US-Patentschrift gezeigt ist. Ebenso hat der Teller 22 eine Reihe von logarithmischen Spiralschlitzen 25, die sich unter einem Winkel von 45° nach außen erstrecken, aber in zu den Schlitzen 24 des Tellers 23 entgegengesetztem Sinn. Da sich die Schlitze 24 und 25 unter Winkeln von 45°, aber in entgegengesetztem Sinn nach außen erstrecken, ergibt sich der Schnittpunkt dieser Schlitze unter 90° in allen Radialpositionen. Das ergibt eine konstante Geometrie in dem Schnittpunkt der logarithmischen Spiralschlitze 24 und 25 in allen Radialpositionen für die Enden der Riemenantriebselemente 18. Der Teller 21 hat eine Reihe von logarithmischen Spiralschlitzen 26, die sich identisch zu den Schlitzen 25 des Tellers 22 radial nach außen erstrecken. Ebenso hat der Teller 19 logarithmische Spiralschlitze 27,

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-M-

die sich identisch mit den Schlitzen 24 des Tellers 23 nach außen erstrecken. Daher schneiden sich die Schlitze 26 und 27 unter 90° in allen Radialpositionen, was eine konstante Schnittpunktgeometrie ergibt, die mit der der logarithmischen Spiralschlitze 24 und 25 identisch ist.

Es sind zwar 45"-Spiralen gezeigt, die sich unter einem Winkel von 90° schneiden, bei Bedarf können jedoch logarithmische Spiralen mit anderen Winkelbeziehungen benutzt werden. Außerdem können kleine Abweichungen von einer besonderen Winkelbeziehung toleriert werde, solange die Lagerenden, die in den SchlitzSchnittpunkten abgestützt sind, sich geeignet bewegen/wenn die Teilscheiben relativ zueinander gedreht werden.

Durch eine geeignete Vorrichtung, die hier nicht dargestellt ist, die aber die aus der US-PS 4 295 836 bekannte Ausbildung hat, sind die Teller 19 und 23 starr miteinander verbunden und werden relativ zu den Tellern 21 und 22 gedreht, die starr miteinander verbunden sind, so daß sich die Schnittpunkte der Schlitze in diesen Tellern radial bewegen und sich infolgedessen die Riemenantriebselemente 18 in Abhängigkeit von deren relativer Drehrichtung radial nach innen oder außen bewegen.

Der Riemen 13 erfaßt auf seinem Weg um die Riemenscheibe 11 oder 12 den zentralen Teil der Riemenantriebselemente 18, so daß eine Riemenscheibe antreibt und die andere Riemenscheibe angetrieben wird.

Die vorstehende Beschreibung des Riementriebs, der Riemenscheiben 11 und 12, des Riemens 13 und der Riemenantriebselemente 18 (als allgemeines Element) findet sich ausführlicher in der erwähnten US-PS 4 295 836 und bildet keinen Teil der hier beschriebenen Erfindung, sondern bildet die Umgebung, in der die hier beschriebene Erfindung angewandt wird»

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Aufbau, der Form, usw. der Riemenantriebselemente 18 zum beträchtlichen Reduzieren von örtlichen Lagerkräften und des dadurch verursachten Verschleißes der Riemenantriebselementlager an den Schnittstellen der Schlitze. Demgemäß werden die kritischen Riemenantriebselemente 18 viel länger arbeiten, ohne aufgrund von Verschleiß locker zu werden, was dem gesamten Riementrieb gestattet, beträchtlich länger zu arbeiten, bevor die Riemenantriebselemente 18 ausgetauscht werden müssen. Die Stillstandszeit für die Wartung und dadurch bedingte Kosten werden sehr beträchtlich reduziert.

Gemäß den Fig. 6-9 weisen die Riemenantriebselemente 18 zwei Lagerteile 28 und 29 an ihren Enden und dazwischen einen zentralen Schaft 31 auf, wobei die Lagerteile 28 und 29 in den Schnittpunkten der Schlitze aufgenommen sind und der zentrale Schaft 31 durch den Riemen 13 erfaßt wird.

Fig. 4 zeigt, daß die innere Oberfläche des Riemens 13 die Oberfläche des zentralen Schafts 31 längs einer Oberfläche oder Linie 32 erfaßt, die als Riemenantriebsfläche oder -linie bezeichnet werden kann. Der zentrale Schaft 31 ist relativ zu der Mittellinie 33 der Lagerteile 28 und 29 vertieft oder abgesenkt, so daß die Riemenantriebsfläche oder -linie 32 im wesentlichen auf der Mitellinie 33 ist oder mit dieser zusammenfällt. Fig. 6 zeigt den Aufbau des Antriebselements 18 in perspektivischer Darstellung. Der zentrale Schaft 31 ist wie dargestellt im Querschnitt kreisförmig, wogegen die Endlagerteile 28 und 29 im Querschnitt quadratisch sind, so daß sie in den quadratischen oder 90°-Schnittstellen der Schlitze genommen werden können.

Der Riemen 13 kann irgeneinen herkömmlichen Aufbau haben und weist, wie es als Beispiel dargestellt ist, einen Teil 36 aus synthetischem Gummi auf, in den Verstärkungsschnüre 37

eingebettet sind.

Im Gebrauch kann der zentrale Schaft 31 über seiner Länge gekrümmt oder ballig sein, um den Flachriemen 13 zwischen den Seitenwänden der Teller 21 und 22 auf bekannte Weise zu zentrieren. Außerdem kann im Gebrauch der zentrale Schaft 31 einen größeren Krümmungsradius an der Oberfläche 32 und einen anderen Querschnitt haben, was einen breiteren Kontakt zwischen der Oberfläche 32 des Schaftes 31 und dem Riemen 13 ergibt, wodurch die lokale Druckspannung in dem Gummiteil 36 verringert und der lokale Krümmungsradius der Schnüre 37 vergrößert wird.

Andere Querschnitte können unter besonderen Umständen benutzt werden, solange die Oberfläche, auf der der Riemen 13 aufliegt, im wesentlichen bei oder auf der Lagermittellinie 33 ist.

Die im Querschnitt quadratischen Lager 28 und 29 des Riemenantriebselements 18 können von zwei Hülsen 34 und 35 aus relativ zähem Kunststoff oder anderem Lagermaterial umgeben sein, die zur Schall- und Schwingungsdämpfung der Riemenantriebselemente 18 dienen und den ungeschmierten Verschleiß aufgrund des Gleitens der Riemenantriebselemente 18 in den logarithmischen Spiralschlitzen minimieren. Die Verwendung der Hülsen 34 und 35 hängt von den besonderen Betriebsbedingungen ab.

Fig. 5 zeigt eine Endansicht eines Riemenantriebselements 18 nach der Erfindung. Mit ausgezogenen Linien ist der Schlitz 27 in dem Teller 19 gezeigt, und mit gestrichelten Linien ist der Schlitz 26 in dem Teller 21 gezeigt. Die Schlitze 26 und 27 schneiden sich unter rechten Winkeln,und die Schnittstelle enthält das im Querschnitt quadratische Lagerende 29 sowie die umgebende Hülse 34. Der zentrale Schaft 31 ist gestrichelt dargestellt, d.h. hintern den Tellern 19 und 21, aber nach

unten verlagert, so daß die Riemenantriebsfläche oder -linie 32 mit der Mittellinie 33 des Lagerteils 29 zusammenfällt.

Die Querschnittansicht nach Fig. 7 zeigt den zentralen Schaft 31 und den Riemen 13 in gegenseitiger Berührung, wobei sich der Schaft 31 unterhalb der Mitellinie 33 des Lagerteils 28 befindet, so daß die Lagermittellinie 33 mit der Riemenberührungsfläche 32 des zentralen Schafts 31 zusammenfällt.

Fig. 8 zeigt eine schematische und stilisierte Darstellung in etwas größerem Maßstab, die die sich schneidenden Schlitze und 27 zeigt, welche in den Tellern 21 bzw. 19 (der Teilscheibe 16) angeordnet sind. Die Schlitze 26 und 27 nach den Fig. 8 und 9 entsprechen auch den Schlitzen 25 bzw. 24 der Teller 22 und 23 (der Teilscheibe 17). Es ist auch hier zu erkennen, daß der zentrale Schaft 31 relativ zu der Mittellinie 33 der Lagerteile 28 und 29 nach unten versetzt ist.

Die in Fig. 9 benutzten Bezugszeichen sind zusätzlich mit einem "a" versehen, um die Identität von Teilen zu bezeichnen, die dieselben Bezugszeichen ohne ein "a" haben.

Fig. 9 zeigt eine schematische und stilisierte Ansicht in größerem Maßstab ähnlich der Fig. 8, die sich aber von dieser dadurch unterscheidet, daß die Lagerteile 28a, 29a auf derselben Mitellinie wie der zentrale Schaft 31a liegen, der durch den mit diesem Bezugszeichen versehenen Kreis dargestellt ist. Mit anderen Worten, der zentrale Schaft 31a eines Riemenantriebsteils ist an seinem Ende quadratisch ausgebildet, so daß die Lagerteile im Querschnitt die Form eines Quadrats haben, das in den Kreis 31a des zentralen Schafts einbeschrieben ist. Das ist die bekannte Konstruktion eines Antriebselements, wie sie gemäß der US-PS 4 295 836 benutzt wird.

Eine Analyse der Kräfte und eine Beschreibung derselben anhand von Fig. 9, die den Stand der Technik darstellt, wird die hier beschriebene Erfindung verständlich machen.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß die Ansicht nach Fig. 9 tatsächlich eine Ansicht nach der Linie 5-5 in Fig. 4 für den Fall ist, daß der zentrale Schaft dieselbe Mittellinie wie die Lager hat. Der Schlitz oder die Nut 27a befindet sich in dem Teller 19, und der schneidende Schlitz oder die schneidende Nut 26a befindet sich in dem Teller 21.

Der Schnitt der Schlitze 27a und 26a ergibt daher einen im Querschnitt quadratischen "Halter", der das Lager 29a festhält, das in Fig. 9 durch das schraffierte Quadrat dargestellt ist. Der Mittelpunkt oder die Achse 33a des Lagers 29a fällt mit der Achse des zentralen Schafts 31a zusammen. Der Riemen 13a erfaßt dann den zentralen Schaft 31a längs der Antriebslinie 32a, und es ist in diesem Beispiel zu erkennen, daß die Antriebslinie 32a von der Achse 33a um eine Strecke entfernt ist, die gleich dem Radius r des zentralen Schafts 31a

Cl

oder gleich der Hälfte der Diagonale des quadratischen Lagers 29a (28a) ist. Die Seiten des quadratischen Querschnitts des Lagers 29a können selbstverständlich bei Bedarf größer oder kleiner als die Seiten des einbeschriebenen Quadrats sein. Die Seiten des Quadrats, die den Querschnitt des Lagers 29a darstellen, sind zur genauen Bezeichnung der Lage der verschiedenen Komponenten der beteiligten Kräfte, die im folgenden beschrieben werden, mit b, c, d, e bezeichnet worden.

Wie dargestellt hat der Riemen 13a einen Winkel zwischen seiner Eingangsseite und seiner Ausgangsseite, der durch die Anzahl der Antriebselemente in den Riemenscheiben bestimmt wird, was oben bereits erläutert worden ist. Unter der Annahme, daß jede Riemenscheibe insgesamt vierundzwanzig Antriebselemente

18a aufweist, beträgt der Winkel θ die Hälfte von 15°, d.h. 7/5°. Es wird angenommen, daß die Riemenscheibe nach Fig. 9 in der durch den Pfeil A gezeigten Richtung gedreht wird. Daher kann die Antriebskraft des Riemens 13a, d.h. die Zugkraft in diesem, durch die Kraft F₁ in irgendeinem Einheitensystem dargestellt werden. Die Antriebskraft F. wird als Gesamtantriebskraft genommen, und es gibt eine Zugkraft in dem Riemen auf einer Eingangsseite, die durch den Pfeil F darge-

stellt werden kann. Die Gesamtkraft an dem Riemenantriebselement 18a aufgrund der Kräfte F₁ und F_ ergibt eine Tangentialkomponente F. und eine Radialkomponente F .

Die Radialkomponente F bewirkt, daß das Antriebsstiftlager 29a bestrebt ist, sich nach unten zu bewegen, wodurch sie eine Beanspruchung (Lagerkraft) auf die Oberflächen c und d ausübt. Die Lagerkraft F auf der Oberfläche c wird durch die Seite des Schlitzes 26a des Tellers 21 aufgenommen,und die Lagerkraft auf der Oberfläche d wird durch die Seite des Schlitzes 27a des Tellers 19 aufgenommen. (Das stellt lediglich eine Betrachtung des Lagerendes 29a dar, es ist jedoch klar, daß gleiche Bedingungen an dem Lagerende 28a vorhanden sind.)

Die Auswirkung der Tangentialkraft F. kann auf bekannte Weise analysiert werden, indem sie als eine Kraft F. gleicher Größe und Richtung aufgefaßt wird, die durch die Antriebselementachse 33a hindurchgeht, und als ein Moment F. χ r ,

ta

das bestrebt ist, das Antriebselement 18a um seine Achse 33a zu drehen, was durch den Pfeil A₁ gezeigt ist. Die Kraft F. bewirkt, daß auf den Oberflächen b und c zusätzliche Kräfte vorhanden sind. Die Lagerkraft aufgrund von F auf der Oberfläche b wird durch die Seite des Schlitzes 27a des Tellers 19 aufgenommen, und die Lagerkraft aufgrund von F.„ auf

ta

der Oberfläche c wird durch die Seite des Schlitzes 26a des Tellers 21 aufgenommen.

Das Moment F, χ r , das durch die Tangentialkomponente F.

"CQ. *

verursacht wird, führt zu zusätzlichen Lagerkäften, die die lokalen Beanspruchungen an den Rändern des im Querschnitt quadratischen Lagerendes 29a, 28a des Antriebselements 18a auf bekannte Weise vergrößern.

Die Drehkraft aufgrund des Moments F χ r kann an sämtli-

t a

chen Seiten b, c, d und e in Abhängigkeit von der Größe der anderen Kräfte ausgeübt werden. Das Moment an der Seite c wird durch die untere Seite des Schlitzes 26a aufgenommen, das an der Seite d wird durch die untere Seite des Schlitzes 27a des Tellers 19 aufgenommen, das Moment an der Seite e wird durch die obere Seite des Schlitzes 26a in dem Teller 21 aufgenommen, und das Moment an der Seite b wird durch die obere Seite des Schlitzes 27a des Tellers 19 aufgenommen. Auf die Seite c wirken Kräfte ein, die von der Radialkomponente

F , der Komponente F. und der Momentenkomponente, die durch r ta

die Tangentialkomponente F. verursacht wird, herrühren. In diesem Fall wird daher bei der bekannten Konstruktion auf die Seite c die maximale Beanspruchung ausgeübt. Der größte Faktor in der lokalen Oberflächenbeanspruchung rührt von dem Moment her, das durch die Tangentialkraft F verursacht wird,

d.h. F. multipliziert mit der Länge r^. u a

Die Radialbewegung des Antriebselements 18a in den logarithmischen Spiralschlitzen und die gleichzeitige Drehmomentübertragung können zum Verschleiß der Kunststoffhülsen 34a, 35a führen, insbesondere längs der Hülsenaußenränder, wo die größte Oberflächenbelastung vorhanden ist.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Beseitigung der Beanspruchungen, die durch das Moment der Tangentialkraft F_fc verursacht werden, wobei dieses Moment vorhanden ist, weil die Linie des Angriffs der Antriebskraft an der Antriebslinie oder -oberfläche 32a Abstand von der Mittellinie 33a der Lagerhalter sowie von der Mittellinie des Antriebssohafts

hat, der gleich r ist.

Das Moment der Kraft F. kann eliminiert werden, indem die Linie oder Oberfläche 32a des Angriffs der Kraft in die Mittellinie 33a der Lager 29a und 28a verlegt wird. Das wird verständlich, wenn berücksichtigt wird, daß das Moment gleich F. χr ist, so daß, wenn der Radius r /d.h. der Abstand zwi-

u ei ei

sehen dem Angriff der Kraft F. und dem Mittelpunkt, um den die Drehung erfolgt, auf null verringert wird, F multipliziert mit null gleich null ist. Infolgedessen werden die Beanspruchungen aufgrund des Drehmoments eliminiert. Das wird gemäß der Erfindung auf die in den verschiedenen Figuren und insbesondere in den Fig. 4-8 dargestellte Weise erreicht. In jeder dieser Figuren ist zu erkennen, daß die Kraftangriffslinie 32 in der Mittellinie 33 der Lager 28 und 29 liegt. Es gibt keine Tendenz für ein Drehmoment, das durch die Linie oder Oberfläche der Berührung des Riemens mit dem Antriebsschaft 31 verursacht wird. Daher sind die einzigen Beanspruchungen, die an der Seite c ausgeübt werden, die Komponenten aufgrund der radialen Kraft F und der tangentialen Kraft F.. Die Seite b hat eine Beanspruchung lediglich aufgrund der Kraft F , und die Seite d hat eine Beanspruchung lediglich aufgrund der Kraft F . Die Seiten d und e haben keine Beanspruchungskomponenten aufgrund der Kraft F , und die Seiten e und b haben keine Beanspruchungskomponenten aufgrund der Kraft F .

Demgemäß sind die Beanspruchungen oder Spannungen, die bestrebt sind, Verschleiß der Lagerteile 29 und 28 zu verursachen, gegenüber Konstruktionen sehr wesentlich reduziert, bei denen die Angriffslinie des Antriebsriemens Abstand von der Mittellinie des Antriebselements hat, statt daß die Mittellinie und die Antriebslinie zusammenfallen.

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Claims (10)

Emerson L. Kumm Tempe, Arizona 85282, V. St. A0 Patentansprüche s

1. Antriebselement für einen Riementrieb (10) mit wenigstens einer Verstellriemenscheibe (11, 12), bei der zwei Teilscheiben (16, 17) eine Reihe von derartigen Antriebselementen (18) zwischen sich tragen und ein Treibriemen (13) eine Antriebsoberfläche an den Antriebselementen (18) erfaßt, gekennzeichnet durch einen zentralen Schaft (31),durch ein erstes Lagerteil (28) an einem Ende des zentralen Schafts (31) und durch ein zweites Lagerteil (29) an dem anderen Ende des zentralen Schafts (31), wobei der zentrale Schaft (31) eine Lagerfläche hat, auf der sich der Treibriemen (13) abstützt, wobei das erste Lagerteil (28) an einer Stelle in einer der beiden Teilscheiben (16, 17) aufnehmbar ist, wobei das zweite Lagerteil (29) an einer Stelle in der anderen Teilscheibe aufnehmbar ist, wobei die Mittellinie (33) des ersten und des zweiten Lagerteils (28, 29) eine Antriebslinie (32) festlegt und wobei die Lagerfläche des zentralen Schafts (31) an der Antriebslinie (32) angeordnet ist.

2. Antriebselement, gekennzeichnet durch zwei gegenseitigen

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Abstand aufweisende Lagerteile (28, 29) und durch einen zentralen Antriebsschaft (31) zwischen den Lagerteilen (28, 29), der relativ zu den Lagerteilen (28, 29) abgesenkt ist, um das Drehmoment an dem Antriebselement (18) zu reduzieren.

3. Antriebselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Schafft (31) relativ zu der Mittellinie (33) abgesenkt ist.

4. Antriebselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebslinie (32) mit der Mittellinie (33) zusammenfällt.

5. Antriebselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Lagerteil (28, 29) jeweils von einer relativ verschleißfesten Hülse (34, 35) umgeben sind.

6. Riementrieb mit wenigstens einer im Durchmesser verstellbaren Riemenscheibe (11, 12) mit einem Paar Teilscheiben (16, 17) und mit einer Reihe von Antriebselementen (18), die zwischen den beiden Teilscheiben (16, 17) abgestüzt sind und jeweils eine Antriebsfläche (32) haben, die durch einen Treibriemen (13) erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Antriebselement (18) einen zentralen Schaft (31) aufweist, der mit der Antriebsfläche (32) versehen ist, ein erstes Lagerteil (28) an einem Ende des zentralen Schafts (31) und ein zweites Lagerteil (29) am anderen Ende des zentralen Schafts (31), daß das erste Lagerteil (28) an einer Stelle in einer der beiden Teilscheiben (16, 17) aufnehmbar ist, daß das zweite Lagerteil (29) an einer Stelle in der anderen Teilscheibe aufnehmbar ist, daß die Mittellinie (33) des ersten und des zweiten Lagerteils (28, 29) eine Antriebslinie (32) festlegt und daß die Antriebsfläche des zentralen Schafts

(31) in der Antriebslinie (32) angeordnet ist.

7. Riementrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilscheibe (16,17) zwei relativbewegliche Teller (19, 21; 22, 23) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind/ wobei ein Teller jedes Tellerpaares eine erste Reihe von logarithmischen Spiralschlitzen (24, 27) aufweist, die sich in einer Richtung erstrecken, wobei der andere Teller jedes Paares eine zweite Reihe von logarithmischen Spiralschlitzen (25,26) aufweist, die sich in einer zweiten Richtung erstrecken, und wobei die erste und die zweite Reihe von Schlitzen Schnittstellen zum Lagern der Lagerteile (28, 29) bilden.

8. Riementrieb nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes erste und jedes zweite Lagerteil (28, 29) von einer relativ verschleißbeständigen Hülse (34, 35) umgeben ist.

9. Riementrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (24-27) logarithmische Exponentialspiralen sind, die sich unter rechten Winkeln schneiden.

10. Riementrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes erste und jedes zweite Lagerteil (28, 29) einen quadratischen Querschnitt hat.