DE112015002035T5

DE112015002035T5 - Umgekehrte Zahnradkette mit innerem Flankeneingriff

Info

Publication number: DE112015002035T5
Application number: DE112015002035.7T
Authority: DE
Inventors: Lucian Botez
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: CATENSYS US INC., WILMINGTON, US
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2017-07-27
Also published as: US9709130B2; CN106415075A; US20150308541A1; WO2015167838A1; CN106415075B

Abstract

Die Erfindung stellt ein Ketten- und Kettenradantriebssystem zur Verfügung, das ein Kettenrad und eine umgekehrte Zahnradketteneinheit aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie mit dem Kettenrad in Eingriff kommen kann. Die Ketteneinheit weist mindestens zwei Reihen von Gliedern auf, wobei jedes der Glieder Zähne aufweist mit einem Paar von inneren Flanken, einem Paar von äußeren Flanken, Spitzen, die jeweilige innere und äußere Flanken miteinander verbinden, und einer gerundeten, zwischen dem Paar von inneren Flanken angeordneten Gabelstange. Die inneren Flanken besitzen ein vergrößertes Profil in eine Richtung zum Mittelpunkt des Glieds im Vergleich zu einem Profil der äußeren Flanken. Eine Kontaktposition mit einem jeweiligen der damit in Eingriff stehenden Zähne des Kettenrads befindet sich auf dem Glied in einem Bereich, der sich von der inneren Flanke bis in die gerundete Gabelstange hinein erstreckt und, auf dem Kettenrad, in einem Bereich der gerundeten Spitze des Zahns.

Description

Eingliederung durch Bezugnahme
Die nachfolgend aufgeführten Dokumente sind hierin durch Bezugnahme eingegliedert, so als wenn sie vollständig aufgeführt worden wären: US Provisional Patent Application Nr. 61/985,225, eingereicht am 28. April 2014.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf eine umgekehrte Zahnradketteneinheit und insbesondere auf ein verbessertes Profil für innere Glieder an einer umgekehrten Zahnradketteneinheit.
Hintergrund
Umgekehrte Zahnradketteneinheiten werden in Verbindung mit Kettenrädern für Antriebseinheiten in Anwendungen in der KFZ-Industrie und auf verschiedenen anderen Gebieten verwendet. Bei den bekannten umgekehrten Zahnradketteneinheiten ist die Kette aus einer Anzahl von Gliedern gebildet, wobei jedes Glied ein Paar von äußeren Flanken aufweist, die derart ausgebildet sind, dass sie in einer Antriebsverbindung mit Zähnen eines Kettenrads in Eingriff kommen können, und ein Paar von inneren Flanken. Während des Betriebs kommen die äußeren Flanken mit den Zähnen des Kettenrads in Eingriff, und der Kontakt der Zähne im Eingriff mit den äußeren Flanken verursacht Lärm. Bei diesen bekannten Kettenrad- und Kettenantriebssystemen findet der Kontakt zwischen den Gliedern und den Kettenradzähnen, typischerweise an einem mittleren Abschnitt sowohl des Kettenradzahns als auch der äußeren Flanke der Glieder statt. Es sind zwar Bemühungen unternommen worden, den Lärm durch einen Kontakt zwischen den Kettenradzähnen und den inneren Flanken der Gliederzähne zu reduzieren, aber solche Anordnungen sind begleitet von hohen Spannungskonzentrationen an den Kontaktpunkten. Es wäre wünschenswert, den durch das Ineinandergreifen der Kettenrad- und Ketteneinheiten verursachten Lärm zu reduzieren und, um die Spannungsverteilung zu verbessern, einen größeren Kontaktabschnitt an den Gliedern zur Verfügung zu stellen.
Zusammenfassung
Die Erfindung stellt eine umgekehrte Zahnradketteneinheit zur Verfügung, die Glieder mit einem vergrößerten Profil an einer inneren Flanke verglichen mit einem Profil an einer äußeren Flanke aufweist. Das Ketten- und Kettenradantriebssystem weist ein Kettenrad auf, das eine Mehrzahl von Zähnen aufweist, wobei jeder der Zähne aus der Mehrzahl von Zähnen eine Eingriffsflanke, eine Ausrückflanke und eine gerundete, die Eingriffsflanke und die Ausrückflanke miteinander verbindende Spitze aufweist. Zwischen benachbarten Zähnen der Mehrzahl von Zähnen ist jeweils eine Wurzel angeordnet. Es ist eine umgekehrte Zahnradketteneinheit vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass sie mit dem Kettenrad in Eingriff kommen kann, welche Zahnradkette mindestens zwei Reihen von Gliedern aufweist. Jedes der Glieder weist zwei Zähne mit einem Paar von inneren Flanken, einem Paar von äußeren Flanken, Spitzen, die jeweilige inneren und äußeren Flanken miteinander verbinden und eine gerundete, zwischen dem Paar von inneren Flanken angeordnete Gabelstange auf. Die inneren Flanken besitzen ein vergrößertes Profil in eine Richtung zum Mittelpunkt des Glieds im Vergleich mit einem Profil der äußeren Flanken, und eine Kontaktposition mit einem jeweiligen der damit in Eingriff stehenden Zähne des Kettenrads befindet sich in einem Bereich des Glieds, der sich von der inneren Flanke bis in die gerundete Gabelstange hinein erstreckt, und auf dem Kettenrad, in einem Bereich der gerundeten Spitze des Zahns, wobei in dieser Position die gerundete Spitze des Zahns sich in vollständigem Eingriff mit der gerundeten Gabelstange befindet. Das vergrößerte Profil der inneren Flanken bewirkt auf Grund des größeren Kontaktbereichs eine erhebliche Reduzierung der Kontaktspannungen und reduziert gleichzeitig eine Sehnenwirkung, welche zu Vibrationen während der Anfangsphase des Eingreifens und des Ausrückens führt.
Es ist auch eine umgekehrte Zahnradketteneinheit zum Eingriff mit einer Kettenradeinheit zur Verfügung gestellt. Die umgekehrte Zahnradketteneinheit weist mindestens zwei Reihen von Gliedern auf, wobei jedes der Glieder zwei Zähne mit einem Paar von inneren Flanken, einem Paar von äußeren Flanken, und Spitzen, die jeweilige, innere und äußere Flanken miteinander verbinden, aufweist. Eine gerundete Gabelstange ist zwischen dem Paar von inneren Flanken angeordnet. Die inneren Flanken besitzen ein vergrößertes Profil in eine Richtung zum Mittelpunkt des Glieds im Vergleich mit einem Profil der äußeren Flanken an benachbarten Gliedern, und eine Kontaktposition mit einem für einen Eingriff damit angepassten Zahn eines Kettenrads befindet sich auf dem Glied in einem Bereich, der sich von der inneren Flanke bis in die gerundete Gabelstange hinein erstreckt.
Bevorzugte Anordnungen mit einem oder mehreren Merkmalen der Erfindung werden weiter unten und in den Ansprüchen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorangehende Zusammenfassung sowie auch die folgende ausführliche Beschreibung werden besser zu verstehen sein, wenn in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen. Die Figuren zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ketten- und Kettenradantriebssystems gemäß der Erfindung.
2 eine Vorderansicht des Ketten- und Kettenradantriebssystems gemäß 1, teilweise zusammengebaut.
3 eine vordere Draufsicht auf ein Glied des Ketten- und Kettenradantriebssystems gemäß 1 und 2.
4 eine vordere Draufsicht auf ein Glied des Ketten- und Kettenradantriebssystems gemäß 1 und 2, in Eingriff mit einem Kettenrad.
5 eine vordere Draufsicht auf ein Glied des Ketten- und Kettenradantriebssystems, mit konkaven inneren Flanken.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Bestimmte, in der nun folgenden Beschreibung verwendete Begriffe dienen lediglich der Bequemlichkeit und sind keineswegs als einschränkend zu verstehen. Die Begriffe ”innere”, äußere”, „nach innen” und „nach außen” beziehen sich auf Richtungen zu oder weg von den Teilen, auf die in den Zeichnungen Bezug genommen wird. Ein Bezug auf eine Liste der erwähnten Posten bzw. Teilen mit der Formulierung „mindestens eines von a, b, oder c”, (worin a, b und c für die aufgezählten Posten stehen), bedeutet irgendeinen einzelnen der aufgelisteten Posten a, b, oder c oder Kombinationen aus diesen Posten. Die Terminologie schließt die konkret genannten Begriffe, Ableitungen daraus und Begriffe mit ähnlicher Bedeutung ein.
Die 1 und 2 zeigen ein Ketten- und Kettenradantriebssystem 1. Das Ketten- und Kettenradantriebssystem 1 weist ein Kettenrad 2 mit einer Mehrzahl von Zähnen 6 auf, wobei jeder der Mehrzahl von Zähnen 6 eine Eingriffsflanke 8, eine Ausrückflanke 10 und eine gerundete Spitze 12 auf, welche, wie in 2 gezeigt, die Eingriffsflanke 8 und die Ausrückflanke 10 miteinander verbindet. Eine Wurzel 14 ist zwischen benachbarten Zähnen der Mehrzahl von Zähnen 6 angeordnet. In einer Ausführung ist das Kettenrad 2 ein laminiertes Kettenrad und weist eine Mehrzahl von Platten 4 auf, sehe 1, wobei jede Platte eine Mehrzahl von Zähnen 6 aufweist, und die Zähne 6 von benachbarten Platten 4 miteinander fluchten. Die Mehrzahl von Zähnen 6 an dem Kettenrad 2 habt vorzugsweise ein einheitliches Profil. Die Profile der Zähne 6 des Kettenrads können jedoch auch variiert werden.
Es ist eine umgekehrte Zahnradketteneinheit 16 vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass sie mit dem Kettenrad 2 in Eingriff kommen kann und mindestens zwei Reihen von Gliedern 18 aufweist. Die umgekehrte Zahnradketteneinheit 16 weist Kettenbolzen 26 auf, die sich durch Öffnungen 21 in den Gliedern 18 erstrecken und es den Gliedern 18 ermöglichen, gelenkig beweglich mit Bezug auf Glieder 18 in (einer) benachbarten Reihe(n) zu sein. Jedes der Glieder 18 besitzt zwei Zähne 19 mit einem Paar von inneren Flanken 28, einem Paar von äußeren Flanken 30, und Spitzen 32, die eine jeweilige innere Flanke 28 und eine jeweilige äußere Flanke 30 miteinander verbinden. Eine gerundete Gabelstange 34 des Glieds 27 mit einem Radius R_C ist zwischen dem Paar von inneren Flanken 28 angeordnet. Wie in 3 gezeigt, haben die inneren Flanken 28 des Glieds 27 ein vergrößertes Profil in eine Richtung zum Mittelpunkt des Glieds 27 im Vergleich mit einem Profil der äußeren Flanken 30. In einer bevorzugten Ausführung ist das vergrößerte Profil der inneren Flanken 28 als eine gerade Linie geformt. In einer anderen, in 5 gezeigten bevorzugten Ausführung hat das vergrößerte Profil der inneren Flanken 28' eine konkave Form. Wie in 4 zu sehen ist, ist eine Kontaktposition mit einem damit in Eingriff stehenden Zahn 6 des Kettenrads 2 auf dem Glied 27 in einem Bereich angeordnet, der sich von der inneren Flanke 28 bis in die gerundete Gabelstange 34 erstreckt, und auf dem Kettenrad 2, in einem Bereich, der sich von der eingreifenden Flanke 8 bis in die gerundete Spitze 12 des Zahns 6 erstreckt, wobei die gerundete Spitze 12 des in die gerundete Gabelstange 34 eingreifenden Zahns 6 sich in einer Position vollständigen Eingriffs befindet. Ein Radius R_T der gerundeten Spitzen 12 der Kettenradzähne 6 beträgt bevorzugt mindestens 90–100% der Größe des Radius R_C der gerundeten Gabelstange 34 des Glieds 27, und noch bevorzugter mindestens 95% des Radius R_C der gerundeten Gabelstange 34 des Glieds 27. Diese Ausbildung vergrößert die Kontaktfläche, die die Kontaktspannungen zwischen den Gliedern 27 und dem Kettenrad 2 bei einem vollständig im Eingriff befindlichen Glied reduziert.
Nur die inneren Flanken 28 kommen in Antriebseingriff mit den Zähnen 6 des Kettenrads 2, und die äußeren Flanken 30 kommen nicht in Antriebseingriff mit den Zähnen 6 des Kettenrads 2. In einer in 1 gezeigten Ausführung weist die umgekehrte Zahnradketteneinheit 16 ein inneres Glied 20 und zwei äußere Glieder 22 auf, und die Glieder 20, 22 weisen die inneren Flanken 28 auf, welche das vergrößerte Profil besitzen. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass eine beliebige Anzahl von Reihen von Gliedern für eine gegebene Anwendung vorgesehen werden kann. Die umgekehrte Zahnradketteneinheit 16 weist weiterhin vorzugsweise Führungsplatten 24 an axialen Enden der umgekehrten Zahnradketteneinheit 16 auf.
Wie in 3 gezeigt, wird eine Kettenteilung P als ein Abstand zwischen einer Mittelachse X₁ und X₂ von benachbarten Kettenbolzen 26 definiert. Wie in den 2 und 3 zu sehen ist, ist das Profil der inneren Flanken 28 vorzugsweise um mindestens 6–15% der Kettenteilung P vergrößert im Vergleich mit dem Profil der äußeren Flanken 30 und, noch bevorzugter, um mindestens 6,5% der Kettenteilung P im Vergleich zu dem Profil der äußeren Flanken 30. Wie in 2 gezeigt, ist ein Abstand 6 bevorzugt zwischen einer entlang der Fläche der vergrößerten inneren Flanke 28 definierten Tangente und einer entlang der Fläche der äußeren Flanke 30 definierten Tangente eines benachbarten Glieds definiert. Wie in 2 gezeigt, ist eine Tiefe FD₁ der inneren Flanke zwischen einer entlang einer Fläche der inneren Flanke 28 definierten Tangente und einer Mittelachse eines Kettenbolzens 26 definiert und eine Tiefe FD_O der äußeren Flanke ist zwischen einer entlang einer Fläche der äußeren Flanke 30 definierten Tangente und einer Mittelachse eines Kettenbolzens 26 definiert, und die Tiefe FD₁ der inneren Flanke ist größer als die Tiefe FD_O der äußeren Flanke.
Wie in 4 zu sehen ist, ist ein Abstand (A) zwischen einer Mittelachse X₁ des Kettenbolzens 26 und einem Kontaktpunkt CP an der Gabelstange 34 mit dem Kettenradzahn 6 bevorzugt kleiner als 8% der Kettenteilung P und, noch bevorzugter, kleiner als 5% der Kettenteilung P. Wie in 3 zu sehen ist, ist ein Winkel α₁ der inneren Flanke zwischen einer entlang einer Fläche der inneren Flanke 28 definierten Tangente und einer sich durch die Öffnung 21 des Kettenbolzens erstreckenden Mittellinie definiert, und ein Winkel α₂ der äußeren Flanke ist zwischen einer entlang einer Fläche der äußeren Flanke definierten Tangente und einer sich durch die Öffnung 21 des Kettenbolzens erstreckenden Mittellinie definiert. Der Winkel α₁ der inneren Flanke ist größer als der Winkel α₂ der äußeren Flanke.
Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist eine Tiefe CD der Gabelstange des Glieds 27 mit den vergrößerten inneren Flanken 28 als ein Abstand zwischen einer sich zwischen den benachbarten Mittelpunkten X₁, X₂ der Kettenbolzen 26 erstreckenden Linie und der gerundeten Gabelstange 36 des Glieds 27 definiert. Die Tiefe CD der Gabelstange beträgt mindestens 18–25'' der Kettenteilung P und, noch bevorzugter, mindestens 18,75% der Kettenteilung P.
Nach der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung des vorliegenden Ketten- und Kettenradantriebssystems, muss es verstanden werden und für den Fachmann klar und naheliegend sein, dass zahlreiche physische Änderungen, von denen nur einige in der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung beispielhaft angeführt sind, vorgenommen werden könnten, ohne die hierin verkörperten erfinderischen Ideen und Prinzipien zu verändern. Aus diesem Grund sind die vorliegenden Ausführungen in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht als einschränkend zu verstehen, weil der Schutzbereich der Erfindung durch die angeführten Ansprüche angegeben wird und nicht durch die vorhergehende Beschreibung, so dass alle Änderungen, welche im Sinne der Ansprüche sind und im Gleichwertigkeitsbereich der Ansprüche liegen, somit durch die Ansprüche abgedeckt sind.
Bezugszeichenliste

1: Ketten- und Kettenradantriebssystem
2: Kettenrad
4: Platten des Kettenrads
6: Zähne
8: Eingriffsflanke
10: Ausrückflanke
12: Gerundete Spitze des Zahns
14: Wurzel des Zahns
16: Umgekehrte Zahnradketteneinheit
18: Glieder
19: Gliederzahn
20: Inneres Glied
21: Öffnung des Kettenbolzens
22: Äußeres Glied
24: Führungsplatten
26: Kettenbolzen
27: Glied mit vergrößertem inneren Abschnitt
28, 28': Innere Flanken
30: Äußere Flanke
32: Gliederspitzen
34: Gerundete Gabelstange der Glieder
X₁, X₂: Mittelachse für Bolzen
P: Kettenteilung
CD: Gabelstangentiefe des Glieds mit vergrößerter innerer Flanke
α₁: Winkel zwischen Bolzenmittellinie und Kontaktfläche von innerer Flanke
α₂: Winkel zwischen Bolzenmittellinie und Kontaktfläche von äußerer Flanke
R_C: Radius der Glieder-Gabelstange
R_T: Radius der Zahnspitze Abstand zwischen einer entlang der Fläche der vergrößerten inneren Flanke definierten Tangente und einer entlang der Fläche der äußeren Flanke definierten Tangente eines benachbarten Glieds
FD₁: Flankentiefe von innerer Flanke
FD_O: Flankentiefe von äußerer Flanke
A: Abstand zwischen Mittelachse (X₁) des Kettenbolzens und Kontaktpunkt (CP) auf innerer Flanke mit Kettenradzahn

Claims

Ketten- und Kettenradantriebssystem aufweisend: ein Kettenrad, das eine Mehrzahl von Zähnen aufweist, wobei jeder der Zähne aus der Mehrzahl von Zähnen eine Eingriffsflanke, eine Ausrückflanke und eine gerundete, die Eingriffsflanke und die Ausrückflanke miteinander verbindende Spitze aufweist, und eine zwischen benachbarten Zähnen der Mehrzahl von Zähnen angeordnete Wurzel aufweist, und eine vorgesehene umgekehrte Zahnradketteneinheit derart ausgebildet ist, dass sie mit dem Kettenrad in Eingriff kommen kann, welche umgekehrte Zahnradketteneinheit mindestens zwei Reihen von Gliedern aufweist, jedes der Glieder zwei Zähne mit einem Paar von inneren Flanken, einem Paar von äußeren Flanken, Spitzen, die jeweilige inneren und äußeren Flanken miteinander verbinden und eine gerundete zwischen dem Paar von inneren Flanken angeordnete Gabelstange aufweist, und worin die inneren Flanken ein größeres Profil in eine Richtung zum Mittelpunkt des Glieds im Vergleich zu einem Profil der äußeren Flanken besitzen, und eine Kontaktposition mit einem jeweiligen der damit in Eingriff stehenden Zähne des Kettenrads sich auf dem Glied in einem Bereich befindet, der sich von der inneren Flanke bis in die gerundete Gabelstange hinein erstreckt und, auf dem Kettenrad, in einem Bereich der gerundeten Spitze des Zahns erstreckt, wobei in dieser Position die gerundete Spitze des Zahns sich in vollständigem Eingriff mit der gerundeten Gabelstange befindet.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 1, worin ein Radius der gerundeten Spitze der Kettenradzähne mindestens 90–100% eines Radius der gerundeten Gabelstangen der Glieder beträgt.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 1, worin eine Tiefe der inneren Flanken zwischen einer entlang einer Fläche der inneren Flanke definierten Tangente und einer Mittelachse eines Kettenradbolzens definiert ist und eine Tiefe der äußeren Flanke zwischen einer entlang einer Fläche der äußeren Flanke definierten Tangente und einer Mittelachse eines Kettenbolzens definiert ist, und die Tiefe der inneren Flanke ist größer als die Tiefe der äußeren Flanke.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 1, worin ein Winkel der inneren Flanke zwischen einer entlang einer Fläche der inneren Flanke definierten Tangente und einer sich durch eine Öffnung des Kettenbolzens erstreckenden Mittellinie definiert ist, und ein Winkel der äußeren Flanke zwischen einer entlang einer Fläche der äußeren Flanke definierten Tangente und einer sich durch die Öffnung des Kettenbolzens erstreckenden Mittellinie definiert ist.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 1, worin das vergrößerte Profil der inneren Flanken in Form einer geraden Linie ausgebildet ist.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 1, worin das vergrößerte Profil der inneren Flanken eine konkave Form hat.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 1, worin das vergrößerte Profil der inneren Flanken in Vergleich zum Profil der äußeren Flankem um mindestens 6–15% einer Kettenteilung vergrößert ist.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 1, worin die Mehrzahl von Zähnen am Kettenrad ein einheitliches Profil hat.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 1, worin die umgekehrte Zahnradketteneinheit an axialen Enden der umgekehrten Zahnradketteneinheit Führungsplatten aufweist.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 1, worin die umgekehrte Zahnradketteneinheit Kettenbolzen aufweist, die sich durch Öffnungen der Kettenbolzen in den Gliedern erstrecken, und es den Gliedern ermöglichen, gelenkig beweglich mit Bezug auf Glieder in benachbarten Reihen zu sein.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 10, worin ein Abstand zwischen einer Mittelachse des Kettenbolzens und einem Kontaktpunkt an der gerundeten Gabelstange kleiner ist als 8% einer Kettenteilung P.
Ketten- und Kettenradantriebssystem gemäß Anspruch 10, worin ein Abstand zwischen einer sich zwischen Mittelpunkten der Kettenbolzen und der Gabelstange des Glieds erstreckenden Line mindestens 18–25% einer Kettenteilung P beträgt.
Eine umgekehrte Zahnradketteneinheit, die derart ausgebildet ist, dass sie mit dem Kettenrad in Eingriff kommen kann, welche umgekehrte Zahnradketteneinheit mindestens zwei Reihen von Gliedern aufweist, jedes der Glieder zwei Zähne mit einem Paar von inneren Flanken, einem Paar von äußeren Flanken, Spitzen, die jeweilige innere und äußere Flanken miteinander verbinden und eine gerundete, zwischen dem Paar von inneren Flanken angeordnete Gabelstange aufweist, und worin die inneren Flanken ein vergrößertes Profil in eine Richtung zu einem Mittelpunkt des Glieds im Vergleich zu einem Profil der äußeren Flanken besitzen, und eine Kontaktposition mit einem für den Eingriff damit angepassten Zahn des Kettenrads sich auf dem Glied in einem Bereich befindet, der sich von der inneren Flanke bis in die gerundete Gabelstange hinein erstreckt.