DE60305682T2

DE60305682T2 - Rollenkettenrad mit symmetrischen dämpfungsringen

Info

Publication number: DE60305682T2
Application number: DE60305682T
Authority: DE
Inventors: D. James Chesaning YOUNG
Original assignee: Cloyes Gear and Products Inc
Current assignee: Cloyes Gear and Products Inc
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: US20020169044A1; WO2003089814A1; AU2003234112A1; US7371200B2; BR0309302A; US20060252592A1; CA2478679A1; CN1646831A; MXPA04010067A; EP1495243A1; EP1495243B1; DE60305682D1; JP2005523407A; US7074147B2

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht Priorität über die U.S.-Anmeldung mit der Serien-Nr. 09/728,698, eingereicht am 1. Dezember 2000, jetzt U.S.-Patent Nr. 6,371,875, das Priorität über die U.S.-Anmeldung mit der Serien-Nr. 09/383,128, eingereicht am 25. August 1999, beansprucht, jetzt U.S.-Patent Nr. 6,179,741, das Priorität über die vorläufige U.S.-Anmeldung mit der Serien-Nr. 60/097,931, eingereicht am 25. August 1998, beansprucht.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Technik von Kraftfahrzeugsteuerketten. Sie findet besondere Anwendung im Zusammenhang mit einem Rollenkettenrad zur Verwendung in Kraftfahrzeugnockenwellenantriebsanwendungen und wird unter besonderer Bezugnahme darauf beschrieben. Jedoch kann die vorliegende Erfindung ebenfalls Anwendung im Zusammenhang mit anderen Typen von Kettenantriebssystemen und -anwendungen finden, bei denen eine Verringerung des Geräuschpegels, der mit Kettenantrieben im Zusammenhang steht, gewünscht ist.
Rollenkettenräder zur Verwendung in Nockenwellenantrieben von Kraftfahrzeugmotoren werden typischerweise gemäß eines oder mehrerer internationaler Standards, wie beispielsweise DIN, JIS, ISO usw. hergestellt. Der Standard ISO-606:1994 (E) (Internationale Organisation für Standardisierung) spezifiziert Anforderungen für Präzisionsrollenketten mit kurzer Gliedteilung und zugehörige Kettenzahnräder oder Kettenräder.
1 veranschaulicht ein symmetrisches Zahnlückenprofil für ein Kettenrad gemäß ISO-606. Die Zahnlücke weist einen fortlaufenden Fußrundungs- oder Fußradius R_i auf, der sich von einer Zahnflanke (d.h. Seite) zur benachbarten Zahnflanke erstreckt, wie durch den Rollensitzwinkel α definiert. Der Flankenradius R_f verläuft am Berührungspunkt TP tangential zum Rollensitzradius R_i. Eine Kette mit einem Gliedabstand P weist Rollen mit einem Durchmesser D₁ in Kontakt mit den Zahnlücken auf. Das ISO-Kettenrad weist eine Zahnteilung entlang der Sehne ebenfalls der Länge P, einen Wurzeldurchmesser D₂ und eine Anzahl Z von Zähnen auf. Der Rollkreisdurchmesser PD, der Spitzen- oder Außendurchmesser OD und der Zahnwinkel A (gleich 360°/Z) definieren das Kettenrad gemäß ISO-606 weiterhin. Der Höchst- und Mindestrollensitzwinkel α sind wie folgt definiert: αmax = 140° – (90°/Z) und αmin = 120° – (40°/Z)
Unter Bezugnahme auf 2 dreht sich ein beispielhaftes Rollenkettenantriebssystem 10 gemäß ISO-606 im Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 11 gezeigt. Das Kettenantriebssystem 10 umfasst ein Antriebskettenrad 12, ein angetriebenes Kettenrad 14 und eine Rollenkette 16, die eine Anzahl von Rollen 18 umfasst. Die Kettenräder 12, 14 und die Kette 16 entsprechen jeweils im Allgemeinen dem Standard ISO-606.
Die Rollenkette 16 greift in die Kettenräder 12 und 14 ein und umschlingt diese und weist zwei Spannen auf, die sich zwischen den Kettenrädern erstrecken, einen schlaffen Strang 20 und einen straffen Strang 22. Die Rollenkette 16 ist, wie durch die Pfeile 24 gezeigt, gespannt. Ein mittlerer Abschnitt des straffen Strangs 22 kann zwischen dem angetriebenen Kettenrad 14 und dem Antriebskettenrad 12 mit Hilfe einer herkömmlichen Kettenführung (nicht gezeigt) geführt werden. Eine erste Rolle 28 ist am Anfang des Eingriffs in einer 12-Uhr-Position am Antriebskettenrad 12 gezeigt. Eine zweite Rolle 30 befindet sich benachbart zur ersten Rolle 28 und ist die nächste Rolle, die in das Antriebskettenrad 12 eingreift.
Kettenantriebssysteme weisen mehrere Komponenten auf, die unerwünschtes Geräusch verursachen. Eine Hauptquelle für Rollenkettenantriebsgeräusch ist das Geräusch, das erzeugt wird, wenn eine Rolle die Spanne verlässt und während des Eingreifens gegen das Kettenrad stößt. Das resultierende Aufprallgeräusch wird mit einer Frequenz wiederholt, die im Allgemeinen der Frequenz der Kette entspricht, die in das Kettenrad eingreift. Die Lautstärke des Aufprallgeräusches steht in Funktion zur Aufprallenergie (E_A), die während des Eingriffsprozesses auftritt. Die Aufprallenergie (E_A) steht zu der Motordrehzahl, der Kettenmasse und der Aufprallgeschwindigkeit zwischen der Kette und dem Kettenrad am Anfang des Eingriffs im Verhältnis. Die Aufprallgeschwindigkeit wird von der Kette-Kettenrad-Eingriffsgeometrie beeinflusst, bei der ein Eingriffsflankendruckwinkel γ
(3) ein Faktor ist, wobei:

E_A: = Aufprallenergie [N·m]
V_A: = Rollenaufprallgeschwindigkeit [m/s]
γ: = Eingriffsflankendruckwinkel
n: = Motordrehzahl [U/min]
w: = Kettenmasse [kg/m]
Z: = Anzahl der Kettenradzähne
A: = Zahnwinkel (360°/Z)
α: = Rollensitzwinkel
P: = Kettengliedabstand (Zahnteilung entlang der Sehne)

Die Gleichung der Aufprallenergie (E_A) geht davon aus, dass die Kettenantriebskinematik im Allgemeinen einem quasi-statischen analytischen Modell entspricht und dass der Antriebskontakt zwischen Rolle und Kettenrad an einem Berührungspunkt TP (3) der Flanke und der Fußradien auftritt, wenn das Kettenrad eine Rolle von der Spanne aufnimmt.
Wie in 3 gezeigt, ist der Druckwinkel γ als der Winkel zwischen einer Linie A, die sich von der Mitte der Eingriffsrolle 28 aus erstreckt, wenn sie die Eingriffszahnflanke am Berührungspunkt TP durch die Mitte des Flankenradius R_f hindurch berührt, und einer Linie B definiert, die die Mittelpunkte der voll aufsitzenden Rolle 28, wenn sie auf dem Fußdurchmesser D₂ aufsitzt, und den Mittelpunkt der nächsten eingreifenden Rolle 30 miteinander so verbindet, als ob sie ebenfalls auf dem Fußdurchmesser D₂ in ihrer eingreifenden Zahnlücke aufsäße. Die Rollensitzwinkel α und die Druckwinkel γ, die in 4 aufgelistet sind, werden mit Hilfe der oben definierten Gleichungen berechnet. Es wird angemerkt, dass γ einen Mindestwert aufweist, wenn α einen Höchstwert aufweist. Somit weist das beispielhafte Antriebskettenrad 12 mit 23 Zähnen gemäß ISO-606, das in 2 und 3 gezeigt ist, einen Druckwinkel γ im Bereich von 14,13° bis 24,13° auf, wie in der Tabelle aus 4 aufgelistet ist.
3 zeigt ebenfalls den Eingriffsweg (gestrichelte Rollen) und die Antriebskontaktposition der Rolle 28 (mit durchgezogener Linie gezeichnet), wenn sich das Antriebskettenrad 12 in Richtung des Pfeils 11 dreht. 3 zeigt den theoretischen Fall, bei dem die Kettenrolle 28 auf dem Fußdurchmesser D₂ eines Kettenrads mit größtem Materialumfang aufsitzt, wobei sowohl der Kettengliedabstand als auch die Zahnteilung entlang der Sehne des Kettenrads dem theoretischen Abstand P entsprechen. Für diesen theoretischen Fall weist das Geräusch, das zu Beginn des Rolleneingriffs auftritt, als Folge davon, dass die Rolle 28 auf die Fußfläche R_i aufprallt, eine radiale Komponente F_R sowie eine tangentiale Komponente F_T auf, die erzeugt wird, wenn dieselbe Rolle 28 auf die Eingriffszahnflanke am Punkt TP aufprallt, wenn sich die Rolle in den Antriebskontakt bewegt. Es wird angenommen, dass der radiale Aufprall zuerst stattfindet und der tangentiale Aufprall nahezu gleichzeitig folgt. Die Aufprallgeschwindigkeit V_A der Rolle ist so dargestellt, dass sie durch den Eingriffsflankenberührungspunkt TP wirkt und im Wesentlichen senkrecht zu diesem verläuft, wobei die Rolle 28 bei Punkt TP in Antriebskontakt steht.
Die Gleichung der Aufprallenergie (E_A) gilt nur für einen tangentialen Rollenaufprall während des Eingriffs. Der tatsächliche Rolleneingriff scheint daher von der Gleichung der Aufprallenergie (E_A) abzuweichen, vorausgesetzt, dass er einen tangentialen und einen radialen Aufprall aufweist (der in einer beliebigen Reihenfolge stattfindet). Die Anwendung dieses quasi-statischen Modells, das vorteilhafterweise als Richtwerkzeug verwendet wird, ermöglicht eine Analyse jener Eigenschaften, die modifiziert werden können, um die Aufprallenergie zu verringern, die während des tangentialen Rolle-Kettenrad-Aufpralls zu Beginn des Eingriffs auftritt. Der radiale Aufprall während des Eingriffs und seine Auswirkung auf die Geräuschpegel können getrennt von der Gleichung der Aufprallenergie (E_A) berechnet werden.
Unter tatsächlichen Bedingungen liegt als Folge maßlicher Toleranzen der Merkmale normalerweise eine Teilungsfehlanpassung zwischen der Kette und dem Kettenrad vor, wobei sich die Fehlanpassung vergrößert, wenn die Komponenten bei Gebrauch verschleißen. Durch diese Teilungsfehlanpassung wird der Punkt des Eingriffsaufpralls verschoben, wobei der radiale Aufprall nach wie vor an der Fußfläche R_i, jedoch nicht notwendigerweise bei D₂ stattfindet. Der tangentiale Aufprall findet normalerweise in der Nähe des Punkts TP statt, jedoch könnte dieser Kontakt hoch oben an der Eingriffsseite des Fußradius R_i oder sogar radial auswärts des Punkts TP am Eingriffsflankenradius R_f in Funktion der tatsächlichen Kette-Kettenrad-Teilungsfehlanpassung stattfinden.
Durch eine Verringerung des Eingriffsflankendruckwinkels γ werden die Eingriffsgeräuschpegel verringert, die mit Rollenkettenantrieben im Zusammenhang stehen, wie durch die oben genannte Gleichung der Aufprallenergie (E_A) vorhergesagt. Eine Verkleinerung des Druckwinkels γ unter Beibehaltung eines symmetrischen Zahnprofils, die erreicht werden kann, indem einfach der Rollensitzwinkel α vergrößert wird, wodurch der Druckwinkel effektiv für beide Flanken verkleinert wird, ist möglich, jedoch nicht zu empfehlen. Dieses Profil erfordert, wie beschrieben, dass eine verschlissene Kette, wenn die Rolle um eine Kettenradumschlingung läuft (unten erörtert), eine Grenzfläche mit einer wesentlich steileren Neigung bildet und die Rollen notwendigerweise höher auf der Auslaufflanke laufen, bevor sie die Umschlingung verlassen.
Eine andere Quelle für Kettenantriebsgeräusch besteht in dem mechanischen Breitbandgeräusch, das teilweise von den Wellentorsionsvibrationen und leichten maßlichen Ungenauigkeiten zwischen der Kette und den Kettenrädern erzeugt wird. In einem größeren Ausmaß trägt zu dem mechanischen Breitbandgeräuschpegel der intermittierende oder vibrierende Kontakt bei, der zwischen den unbelasteten Rollen und den Kettenradzähnen auftritt, wenn die Rollen um die Kettenradumschlingung laufen. Insbesondere umfasst der Verschleiß eines herkömmlichen Kettenantriebssystems Kettenradzahnflächenverschleiß und Kettenverschleiß. Der Kettenverschleiß wird durch Lagerverschleiß in den Kettengliedern verursacht und kann als Gliedabstandsverlängerung charakterisiert werden. Es wird angenommen, dass eine verschlissene Kette, die mit einem Kettenrad gemäß ISO-Standard in Eingriff ist, mit nur einer Rolle in Antriebskontakt steht und unter einer Höchstbelastungsbedingung belastet wird.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf 2 tritt ein Antriebskontakt unter Höchstbelastung auf, wenn eine Rolle beim Eingriff in eine Antriebskettenradumschlingung 32 eintritt. Die Eingriffsrolle 28 ist in Antriebskontakt gezeigt und wird unter einer Höchstbelastungsbedingung belastet. Die Belastung an der Rolle 28 ist hauptsächlich eine Eingriffsaufprallbelastung und die Kettenspannungsbelastung. Die nächste Anzahl von Rollen in der Umschlingung 32 vor der Rolle 28 nimmt an der Kettenspannungsbelastung teil, jedoch in fortschreitend abnehmendem Ausmaß. Die Belastung der Rolle 28 (und in geringerem Ausmaß der nächsten Anzahl von Rollen in der Umschlingung) dient dazu, die Rolle in festem oder hartem Kontakt mit der Fußfläche 34 des Kettenrads zu halten.
Eine Rolle 36 ist die letzte Rolle in der Antriebskettenradumschlingung 32 vor Eintritt in den schlaffen Strang 20. Die Rolle 36 steht ebenfalls mit dem Antriebskettenrad 12 in hartem Kontakt, jedoch an einem Punkt weiter oben (z.B. radial außerhalb) auf der Fußfläche 34. Mit Ausnahme der Rollen 28 und 36 und der Anzahl von Rollen vor der Rolle 28, die an der Kettenspannungsbelastung teilnehmen, stehen die restlichen Rollen in der Antriebskettenradumschlingung 32 nicht in hartem Kontakt mit der Fußfläche 34 des Kettenrads und sind daher frei, gegen die Fußflächen des Kettenrads zu vibrieren, wenn sie um die Umschlingung laufen, wodurch zur Erzeugung von unerwünschtem mechanischem Breitbandgeräusch beigetragen wird.
Eine Rolle 38 ist die letzte Rolle in einer Kettenradumschlingung 40 des angetriebenen Kettenrads 14 vor dem Eintritt in den straffen Strang 22. Die Rolle 38 steht mit dem Kettenrad 14 in Antriebskontakt. Wie bei der Rolle 36 in der Antriebskettenradumschlingung 32 steht eine Rolle 42 in der Kettenradumschlingung 40 in hartem Kontakt mit einem Fußradius 44 des angetriebenen Kettenrads 14, jedoch im Allgemeinen nicht am Fußdurchmesser.
Es ist bekannt, dass die Bereitstellung eines Teillinienabstands (PLC) zwischen Kettenradzähnen einen harten Kontakt zwischen den Kettenrollen und dem Kettenrad in der Kettenradumschlingung fördert, sogar wenn die Rollenkette verschleißt. Das Ausmaß des zur Zahnlücke hinzugefügten Teillinienabstands definiert eine Länge eines kurzen Bogens, der in der Zahnlücke zentriert ist und ein Segment des Fußdurchmessers D₂ bildet. Der Fußrundungsradius R_i verläuft tangential zum Flankenradius R_F und zum Bogensegment des Fußdurchmessers. Das Zahnprofil ist nach wie vor symmetrisch, jedoch ist R_i kein kontinuierlicher Fußrundungsradius von einem Flankenradius zum benachbarten Flankenradius mehr. Dies hat zur Folge, dass die mechanische Breitbandgeräuschkomponente eines Kettenantriebssystems verringert wird. Jedoch wird durch Hinzufügen eines Teillinienabstands zwischen Kettenradzähnen nicht das Kettenantriebsgeräusch verringert, das von der Rolle-Kettenrad-Kollision bei dem Aufprall verursacht wird.
Ein anderer Versuch, die Geräuschpegel, die mit dem Rolle-Kette-Eingriff einhergehen, zu verringern, ist in U.S.-Patent Nr. 5,397,278 beschrieben, das die Hinterschneidung oder Entlastung der Fußflächen offenbart, um den radialen Rolle-Fußfläche-Kontakt zu Beginn des Eingriffs zu beseitigen. Jedoch moduliert die Erfindung, die in Patent '278 offenbart ist, nicht die Eingriffsaufprallfrequenz. Das heißt, dass alle Zahnprofile im Wesentlichen identisch sind. Daher treten die Flankenaufpralle mit Eingriffsfrequenz auf. Ein zusätzlicher Nachteil des Kettenrads, das in dem Patent '278 offenbart ist, besteht darin, dass die Rollen sowohl die Eingriffs- als auch die Ausrückflanke bei vollem Eingriff berühren. Daher kann eine Rolle in der Zahnlücke festklemmen, wenn zwischen der Rolle und einer Ausrückflanke kein Abstand besteht und die Rolle in vollem Eingriff aufsitzt.
Ein weiterer Versuch, die Geräuschpegel, die mit dem Rolle-Kette-Eingriff einhergehen, zu verringern, besteht darin, einen oder mehrere elastomere Dämpfungsringe zu integrieren, die zum Puffern oder Dämpfen des Eingriffsaufpralls einer Rolle dienen, wenn sie die Spanne verlässt und während des Eingriffsprozesses auf ein Kettenrad aufprallt. Unter Bezugnahme auf 6 umfasst ein Antriebskettenrad 112, das zu einem herkömmlichen Rollenkettenantriebssystem 110 gehört, symmetrische Zahnlückenprofile gemäß ISO-606. Das Antriebskettenrad 112 ist mit dem Antriebskettenrad 12 (2) im Wesentlichen identisch, außer dass das Antriebskettenrad 112 zwei kreisförmige Dämpfungsringe 144 umfasst, von denen jeweils einer an jeder Nabe des Kettenrads 112 befestigt ist. Jeder Dämpfungsring 144 weist eine kontinuierliche oder auf andere Weise gleichförmige äußere Fläche auf, die durch einen Radius R definiert wird. Wie im Stand der Technik bekannt ist, dienen die Dämpfungsringe 144 zum Puffern oder Dämpfen des Eingriffsaufpralls einer Rolle, wenn sie die Spanne verlässt und während des Eingriffsprozesses auf ein Kettenrad aufprallt.
Genauer gesagt, werden, wie in 6a und 6b gezeigt, eine Rolle 128, eine Buchse 129 und ein zugehöriger Kettenstift 131 von zwei Gruppen einander überlappender Gliedlaschen 146L, 146R und 148L, 148R getragen. Wenn sich das Antriebskettenrad 112 in Richtung des Pfeils 11 dreht, prallen die Gliedlaschen 146 auf die äußeren Flächen beider Dämpfungsringe 144 auf und drücken diese daraufhin zusammen oder verformen sie auf andere Weise, bevor die Rolle 128 unmittelbar gefolgt von den Gliedlaschen 148 auf den zugehörigen Kettenradzahn aufprallt. Folglich wird die Aufprallgeschwindigkeit der Rolle 128 vor dem Eingriff in das Kettenrad verringert, wodurch das Aufprallgeräusch des Eingriffs verringert wird. Die maximale Kompression 149 des Dämpfungsrings tritt nahe bei oder am Mittelpunkt P/2 zwischen benachbarten Rollen mit einem Kettengliedabstand P auf. 6b zeigt die Gummikompression, um in aufeinanderfolgenden Abständen zwischen den Gliedlaschen 146 und den Gliedlaschen 148 zu wechseln. Ein typisches Problem von Dämpfungsringen ist die Haltbarkeit. Das heißt, dass die Menge des Verschleißes und der Kompression des elastomeren Materials der Dämpfungsringe nach wiederholten Gliedaufprallen im Bereich der maximalen Ringkompression erwartet warden kann. Zusätzlich kann der Dämpfungsring als Folge der wiederholten Kompressionszyklen während des Eingriffsprozesses schließlich ermüden.
WO-A-00/11374 offenbart ein Kettenrad mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Demgemäß ist es wünschenswert, ein neuartiges und verbessertes Rollenkettenantriebssystem und Kettenrad zu entwickeln, das den oben genannten Anforderungen entspricht und die oben genannten und andere Nachteile überwindet, während bessere und vorteilhaftere Ergebnisse bereitgestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kettenrad bereitgestellt, das Folgendes umfasst:
eine Nabe;
eine Vielzahl von Zähnen, die von der Nabe radial auswärts hervorstehen und mittels einer Vielzahl von Zahnlücken voneinander getrennt sind;
einen ersten und zweiten elastomeren Dämpfungsring, die an einer gegenüberliegenden ersten und zweiten axialen Seite der Zähne mit der Nabe verbunden sind, wobei der erste und zweite Dämpfungsring jeweils eine Vielzahl von Druckpolstern abgrenzen, die durch sich axial erstreckende Rillen, die jeweils mit den Zahnlücken ausgerichtet sind und radial einwärts dazu angeordnet sind, umfänglich voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Druckpolster eine ebene äußere Fläche umfasst, die um einen umfänglichen Mittelpunkt symmetrisch abgegrenzt ist und sich zwischen einem vorderen Ende und einem hinteren Ende erstreckt und diese umfasst, wobei das vordere Ende und das hintere Ende jedes Druckpolsters in einem gemeinsamen radialen Abstand von einer Mitte der Nabe angeordnet sind, um die sich das Kettenrad dreht.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kettenrads, das mindestens einen Dämpfungsring umfasst, der zur Erhöhung der Dauerfestigkeit des elastomeren Materials, das den Dämpfungsring bildet, ausgelegt ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kettenrads, das zwei Gruppen von Kettenradzähnen, die unterschiedliche Zahnprofile aufweisen, und mindestens einen Dämpfungsring aufweist, der mit den Zahnprofilen zusammenwirkt, um Geräuschpegel von Kettenantriebssystemen unterhalb eines Geräuschpegels zu verringern, den entweder die Zahnprofile oder der Dämpfungsring, allein verwendet, erzeugen würden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Kettenrads, das zwei unterschiedliche Gruppen von asymmetrischen Kettenradzähnen aufweist, die jeweils eine Fußentlastung umfassen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kettenrads, das die Frequenz von anfänglichen Kontakten eines ersten Zahnprofils zwischen der Rolle und der eingreifenden Flanke im Verhältnis zu anfänglichen Kontakten eines zweiten Zahnprofils zwischen der Rolle und der eingreifenden Flanke abstimmt oder moduliert, um dadurch den Rhythmus der anfänglichen Kontakte zwischen der Rolle und der ersten eingreifenden Flanke und der Kontakte zwischen der Rolle und der zweiten eingreifenden Flanke zu ändern.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kettenrads, das das Aufprallgeräusch minimiert, das von einer Rolle-Kettenrad-Kollision während des Eingreifens erzeugt wird, und/oder mechanisches Breitbandgeräusch minimiert, das von unbelasteten Rollen in einer Kettenradumschlingung erzeugt wird.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kettenrads, das einen "abgestuften" Rollenaufprall (d.h. eine Verlängerung des Rolleneingriffsintervalls) bereitstellt, wobei zuerst ein tangentialer Rolle-Kettenrad-Aufprall stattfindet, der von einem radialen Rolle-Kettenrad-Aufprall bei vollem Eingriff gefolgt wird.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kettenrads, das einen Rolleneingriff über ein bedeutendes Zeitintervall hinweg verteilt, um eine mehr schrittweise stattfindende Lastübertragung bereitzustellen, wodurch ein Rolle-Kettenrad-Aufprall und das inhärente Geräusch, das von demselben erzeugt wird, minimiert werden.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kettenrads, das symmetrische Zahnlücken umfasst, die Fußentlastung und Dämpfungsringe umfassen, wobei die Rollen einer zugehörigen Rollenkette von den entlasteten Fußflächen in den jeweiligen Zahnlücken beabstandet sind, wenn die Rollen vollständig in den jeweiligen Zahnlücken aufsitzen.
Noch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten nach der Lektüre und dem Verständnis der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann in unterschiedlichen Komponenten und Anordnungen von Komponenten sowie in verschiedenen Schritten und Anordnungen von Schritten Form annehmen. Die Zeichnungen dienen lediglich dem Zweck der Veranschaulichung der bevorzugten Ausführungsformen und sollen die Erfindung nicht einschränken.
1 veranschaulicht eine symmetrische Zahnlückenform für ein Rollenkettenrad gemäß ISO-606;
2 ist ein exemplarisches Rollenkettenantriebssystem mit einem Antriebskettenrad, einem angetriebenen Kettenrad und einer Rollenkette gemäß ISO-606;
3 ist eine vergrößerte Teilansicht des Antriebskettenrads aus 2, die einen Eingriffsweg (gestrichelte Linie) und eine Rolle (durchgezogene Linie) in einer Antriebsposition zeigt, wenn sich das Antriebskettenrad im Uhrzeigersinn dreht;
4 ist eine Tabelle, die Rollensitzwinkel α und Druckwinkel γ für eine Anzahl verschiedener Kettenradgrößen gemäß ISO-606 auflistet;
5 ist eine Tabelle, die die maximalen Betawinkel (β) und die entsprechenden Druckwinkel (γ) für drei verschiedene asymmetrische Zahnlückenprofile (1-3) unterschiedlicher Kettenradgrößen der vorliegenden Erfindung auflistet;
6 veranschaulicht ein beispielhaftes Antriebskettenrad gemäß ISO-606, das einen herkömmlichen Polster- oder Dämpfungsring auf jeder Seite desselben umfasst;
6a ist eine vergrößerte Teilansicht des Antriebskettenrads aus 6, die die Wechselwirkung zwischen einer Rollenkettengliedlasche und dem Dämpfungsring zeigt;
6b ist eine Querschnittsansicht durch die Rollenkettengliedlasche entlang der Linie 6b-6b in 6a;
7 veranschaulicht ein beispielhaftes Rollenkettenantriebssystem, das die Merkmale der vorliegenden Erfindung darin umfasst;
8 veranschaulicht ein Rollenkettenantriebsrad mit unregelmäßigem Eingriff des Antriebssystems aus 7;
8a ist eine Querschnittsansicht durch das Kettenrad entlang der Linie 8a-8a aus 8;
9 veranschaulicht ein erstes asymmetrisches Zahnlückenprofil für das Kettenrad aus 8;
9a ist eine vergrößerte Teilansicht einer Eingriffsflanke des ersten asymmetrischen Zahnlückenprofils aus 9, wobei eine Rolle in einem Zwei-Punkt-Kontakt voll aufsitzt;
9b ist eine vergrößerte Teilansicht des ersten asymmetrischen Zahnlückenprofils aus 9, die eine Rolle in einem voll aufsitzenden Zwei-Punkt-Eingriff zeigt;
9c ist eine vergrößerte Teilansicht des ersten asymmetrischen Zahnlückenprofils aus 9, die eine Rolle zeigt, die an den unteren Flankenpunkten S und S aufsitzt;
10 veranschaulicht ein zweites asymmetrisches Zahnlückenprofil für das Kettenrad aus 8;
11 veranschaulicht das asymmetrische Zahnprofil aus 9, das über das asymmetrische Zahnprofil aus 10 gelegt ist;
12 ist eine vergrößerte Teilansicht des Rollenkettenantriebsrads mit unregelmäßigem Eingriff aus 7 an der Grenzfläche zwischen straffem Strang und Kettenrad; und
12a ist eine vergrößerte Teilansicht des Rollenkettenantriebsrads mit unregelmäßigem Eingriff aus 8;
12b ist eine vergrößerte Teilansicht des Kettenrads aus 12a, die das Positionsverhältnis zwischen den Kettenradzahnlücken und den Dämpfungsringpolstern und -rillen veranschaulicht;
12c ist eine vergrößerte Teilansicht des Kettenrads aus 12;
12d ist eine vergrößerte Teilansicht des Kettenrads aus 12;
12e ist eine vergrößerte Teilansicht des Kettenrads aus 12d; und
13a ist eine vergrößerte Teilansicht eines Kettenrads gemäß ISO-606, die das Verhältnis zwischen den Kettenradzahnlücken gemäß ISO-606 und den Dämpfungsringpolstern und -rillen der vorliegenden Erfindung zeigt;
13b ist eine vergrößerte Teilansicht eines Kettenrads gemäß ISO-606, das Fußentlastung und einen Dämpfungsring umfasst, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
14 veranschaulicht das Kettenrad aus 13b und zeigt eine bevorzugte Dämpfungsringgestaltung und -position, bei der jedes Druckpolster eine ebene Fläche umfasst, die parallel zu einem Sehnen- oder Liniensegment verläuft, das sich zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Rollen erstreckt, wenn die Rollen beide vollständig in ihren jeweiligen Zahnlücken aufsitzen und benachbart zu gegenüberliegenden Enden des Druckpolsters angeordnet sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Diese Erfindung betrifft Kettenräder, die symmetrische und/oder asymmetrische Zähne oder Zahnlücken aufweisen, und sie betrifft ebenfalls Kettenräder, die mehrere unregelmäßig angeordnete asymmetrische Zahnprofile aufweisen (hierin als Kettenräder mit unregelmäßigem Eingriff bezeichnet). Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst jedes beliebige dieser Kettenräder einen oder mehrere Dämpfungsringe, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet sind. Des Weiteren sollen die hierin beschriebenen spezifischen Kettenräder und Zahnprofile Beispiele bevorzugter Ausführungsformen sein und es wird nicht beabsichtigt, dass die Erfindung in irgendeiner Weise auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist.
Unter Bezugnahme nun auf 7 ist ein Rollenkettenantriebssystem 210 gezeigt, das die Merkmale der vorliegenden Erfindung darin umfasst. Das Rollenkettenantriebssystem 210 umfasst ein Antriebskettenrad 212 mit unregelmäßigem Eingriff, ein angetriebenes Kettenrad 214 und eine Rollenkette 216 mit einer Anzahl von Rollen 218, die in Kettenräder 212, 214 eingreifen und diese umschlingen. Die Kettenräder 212, 214 drehen sich im Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 11 gezeigt.
Die Rollenkette 216 weist zwei Spannen auf, die sich zwischen den Kettenrädern erstrecken, einen schlaffen Strang 220 und einen straffen Strang 222. Die Rollenkette 216 steht unter Spannung, wie durch die Pfeile 224 gezeigt. Ein mittlerer Abschnitt des straffen Strangs 222 kann mit einer Kettenführung (nicht gezeigt) zwischen dem angetriebenen Kettenrad 214 und dem Antriebskettenrad 212 geführt werden. Eine erste Rolle 228 ist in einer 12-Uhr-Position vollständig auf dem Antriebskettenrad 212 aufsitzend gezeigt. Eine zweite Rolle 230 befindet sich benachbart zu der ersten Rolle 228 und ist die nächste Rolle, die in das Antriebskettenrad 212 eingreift.
Um die Beschreibung asymmetrischer Zahnprofile der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird nur auf das Antriebskettenrad 212 Bezug genommen. Jedoch können die asymmetrischen Zahnprofile der vorliegenden Erfindung ebenso auf das angetriebene Kettenrad 214 sowie auf andere Arten von Kettenrädern, wie beispielsweise Kettenspannräder und Kettenräder, die mit in entgegengesetzter Richtung drehenden Ausgleichswellen usw. verbunden sind, angewendet werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 7 und unter besonderer Bezugnahme auf 8 und 8a ist das Rollenkettenantriebsrad 212 mit unregelmäßigem Eingriff als Kettenrad mit 23 Zähnen veranschaulicht. Jedoch kann das Kettenrad 212 nach Wunsch mehr oder weniger Zähne aufweisen. Das Kettenrad 212 umfasst eine mittlere Nabe 213, eine erste Gruppe von Kettenradzähnen 250 (nicht individuell nummeriert) und eine zweite Gruppe von Kettenradzähnen 252 (individuell als Kettenradzähne 1, 3, 8, 9, 10, 14, 17, 21 und 22 nummeriert), die willkürlich oder unregelmäßig um den Umfang der Nabe 213 herum angeordnet sind. Bei der beschriebenen veranschaulichten Ausführungsform liegen vierzehn Kettenradzähne 250 und neun Kettenradzähne 252 vor, die unregelmäßig um das Kettenrad 212 herum angeordnet sind. Jedoch wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl und Position jedes Kettenradzahntyps variieren kann, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen.
Ebenfalls nun unter Bezugnahme auf 8 und 8a umfasst das Kettenrad 212 zwei elastomere Polster- oder Dämpfungsringe 244, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet sind. Die Dämpfungsringe 244 sind in herkömmlicher Weise an der Nabe 213 benachbart zu gegenüberliegenden axialen Flächen der Kettenradzähne, d.h. an gegenüberliegenden axialen Seiten der Zähne 250, 252, befestigt oder in anderer Weise angebracht. Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Dämpfungsringe aus einem herkömmlichen elastomeren Material, wie beispielsweise einer Nitrilgummiverbindung, jedoch kann jedes andere geeignete elastische und haltbare Material verwendet werden, ohne vom Gesamtbereich und von der Absicht der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die beiden Gruppen von Kettenradzähnen 250, 252 sind in einem unregelmäßigen Muster angeordnet, um die Eingriffsaufprallfrequenz zu modifizieren, indem die Stelle und der Rhythmus des anfänglichen Rolle-Kettenrad-Kontakts geändert werden. Jedoch könnten die beiden Gruppen von Kettenradzähnen 250, 252 in vielen unterschiedlichen unregelmäßigen Mustern angeordnet werden. Des Weiteren wird ebenfalls in Betracht gezogen, dass die beiden Gruppen von Kettenradzähnen 250, 252 in vielen regelmäßigen Mustern angeordnet werden könnten, die ebenso gut funktionieren würden. In allen Fällen stellt die Anordnung von zwei Gruppen von Kettenradzähnen auf einem Kettenrad ein Mittel zum Aufgliedern oder Modulieren des Eingriffsfrequenzaufprallgeräusches bereit, das normalerweise mit einer vollen Anzahl von im Wesentlichen identisch geformten Kettenradzähnen in Zusammenhang steht und von diesen erzeugt wird. Die Verringerung des Eingriffsfrequenzgeräuschs wird zum Teil durch Verändern der Stelle und des Rhythmus des anfänglichen Rolle-Kettenrad-Kontakts erreicht.
Unter besonderer Bezugnahme nun auf 8 ist ersichtlich, dass die Kettenradzähne 250 jeweils eine Eingriffsseite oder ein Flankenprofil umfassen, die/das mit einer Ausrückseite bzw. einem Flankenprofil eines benachbarten Zahns (im Uhrzeigersinn) zusammenwirkt, um eine erste asymmetrische Zahnlücke 254 zu bilden, die eine Fußfläche 256 aufweist. Die nummerierten Kettenradzähne 252 umfassen jeweils eine Eingriffsseite oder ein Flankenprofil, die/das mit einer Ausrückseite bzw. einem Flankenprofil eines benachbarten Zahns (im Uhrzeigersinn) zusammenwirkt, um eine zweite asymmetrische Zahnlücke 258 zu bilden, die eine Fußfläche 260 aufweist. Wie weiter unten beschrieben, wirken die erste und die zweite Gruppe von Kettenradzähnen 250, 252 mit den Dämpfungsringen 244 zusammen, um Geräuschpegel des Kettenantriebssystems unter einen Geräuschpegel abzusenken, den eines der beiden Zahnprofile allein verursachen würde.
Unter Bezugnahme nun auf 9 bis 9c umfasst das Kettenrad 212 einen ersten Zahn 262, der eine Eingriffsseite oder -flanke 264 aufweist, und einen zweiten Zahn 266, der eine Ausrückseite oder -flanke 268 aufweist. Die Eingriffsflanke 264 und die Ausrückflanke 268 wirken zusammen, um eine der Zahnlücken 254 für die Aufnahme einer zur Kette 216 gehörigen Rolle, wie beispielsweise der Rolle 269, abzugrenzen. Somit wird der Kettenradzahn 262 notwendigerweise als einer der Zähne 250 klassifiziert und der Kettenradzahn 266 kann entweder als einer der Kettenradzähne 250 oder 252 klassifiziert werden.
Die Eingriffsrolle 269 weist einen Rollendurchmesser D₁ auf und ist in Zwei-Punkt-Kontakt in der Zahnlücke 254 vollständig aufsitzend gezeigt. Genauer gesagt, berührt die Eingriffsrolle 269, wenn sie in Antriebskontakt vollständig in der Zahnlücke 254 aufsitzt, zwei Linien oder Striche B und C, die sich axial entlang der Eingriffsflankenfläche oder -oberfläche erstrecken (d.h. in einer Richtung, die rechtwinklig zur Ebene der Zeichnungen verläuft). Um jedoch eine Beschreibung davon zu erleichtern, werden die Linien oder Striche B und C im Folgenden als Kontaktpunkte innerhalb der Zahnlücke gezeigt und bezeichnet.
Die Eingriffsflanke 264 weist einen Radius R_f auf, der tangential zu einem radialen äußeren Ende einer Flankenfläche 270 verläuft. Ein erster Abschnitt der Fußfläche 256, der durch den Radius R_i abgegrenzt wird, verläuft tangential zu einem radial inneren Ende der Flankenfläche 270 an einem Ende desselben und tangential zu einem radial äußeren Ende einer ersten ebenen Fläche ohne funktionellen Zweck (nicht gezeigt), die sich radial auswärts von Punkt C am anderen Ende davon erstreckt. Wie am besten in 9a gezeigt, muss ein Höchstwert für den Fußradius R_i gleich oder kleiner sein als ein Mindestrollenradius 0,5 D₁, um sicherzustellen, dass an den Punkten B und C ein Zwei-Punkt-/Linien-Kontakt stattfindet. Als Folge von R_i < 0,5 D₁ wird ein kleiner Abstand 273 zwischen der Fußfläche 256 und der Rolle 269 abgegrenzt, wenn die Rolle an den Punkten B und C aufsitzt.
Eine zweite ebene Fläche ohne funktionellen Zweck (nicht gezeigt) erstreckt sich zwischen Punkt B und einem radial äußeren Ende des Fußflächenabschnitts, der durch den Radius R_i abgegrenzt wird. Die zweite ebene Fläche ohne funktionellen Zweck grenzt an die Flankenfläche 270 an. Das heißt, dass sich ein erster Abschnitt der Flankenfläche 270 radial auswärts von Punkt B erstreckt, um einen "abgestuften" Rolle-Kettenrad-Eingriff zu ermöglichen. Ein zweiter Abschnitt der Flankenfläche 270 ohne funktionellen Zweck erstreckt sich radial einwärts von Punkt B und wirkt mit der ersten ebenen Fläche ohne funktionellen Zweck zusammen, die sich radial auswärts von Punkt C erstreckt, um das Aufsitzen der Rolle in einem Zwei-Punkt-Kontakt an den Punkten B und C zu ermöglichen.
Wiederum unter Bezugnahme auf 9 wird die Stelle der Flankenfläche 270 durch den Winkel β bestimmt, wobei die Orientierung der Fläche senkrecht oder orthogonal zu einer Linie verläuft, die durch Punkt B und den Mittelpunkt (Punkt X) der Rolle 269 verläuft, wenn die Rolle das Kettenrad bei den Punkten B und C berührt. Die Länge des Flankenflächenabschnitts, der sich radial auswärts von Punkt B erstreckt, beeinflusst die zeitliche Verzögerung zwischen einem anfänglichen tangentialen Aufprall zwischen dem Kettenrad 212 und der Rolle 269 am ersten Kontaktpunkt A entlang der Flankenfläche 270 und einem nachfolgenden radialen Aufprall bei Punkt C. Es wird darauf hingewiesen, dass der Druckwinkel γ (der weiter unten beschrieben wird), das Ausmaß der Teilungsfehlanpassung zwischen der Kette und dem Kettenrad sowie die Länge der Flankenfläche variiert werden können, um einen gewünschten anfänglichen Rollenkontaktpunkt A zu Beginn des Rolle-Kettenrad-Eingriffs zu erzielen. Es wird des Weiteren darauf hingewiesen, dass der anfängliche Rolle-Kettenrad-Kontakt unter theoretischen Bedingungen bei Punkt B auftritt. Jedoch tritt der anfängliche Kontakt für alle anderen Teilungsfehlanpassungsbedingungen bei Punkt A auf, der von Punkt B versetzt ist. Somit tritt der anfängliche tangentiale Kontakt für alle Bedingungen außer der theoretischen Bedingung zu Beginn des Eingriffs mit seiner zugehörigen Aufprallkraft F_T (9b) bei Punkt A auf.
Es wird davon ausgegangen, dass die Rolle 269 von Punkt A bis Punkt B in hartem Kontakt mit der Flankenfläche 270 bleibt, wenn die Rolle durch die Drehung des Kettenrads mit nachfolgendem radialem Kontakt bei Punkt C in vollen Eingriff bewegt wird. Die radiale Aufprallkraft F_R (9b) tritt erst dann auf, wenn sich das Kettenrad ausreichend gedreht hat, um die Rolle 269 bei Punkt C in radialen Kontakt zu bringen. Somit tritt die radiale Aufprallkraft F_R im Augenblick des vollen Eingriffs auf. Der Kraftvektor F_R ist als voller Pfeil gezeigt und gibt das Auftreten des radialen Aufpralls bei Punkt C an, während der Vektor F_T der tangentialen Aufprallkraft als Pfeil im Umriss gezeigt ist, um das vorherige Auftreten des tangentialen Aufpralls bei Punkt A anzuzeigen.
Die Lastübertragung des straffen Strangs auf die eingreifende Rolle wird bei vollem Eingriff als vollendet angesehen. Im Augenblick des radialen Aufpralls der Rolle 269 bei Punkt C mit seiner resultierenden radialen Aufprallkraft F_R hat die tangentiale Aufprallkraft von F_T bereits stattgefunden und stellt keinen Faktor mehr dar. Durch die Zeitverzögerung (den "abgestuften" Eingriff) zwischen dem tangentialen und dem radialen Rolle-Kettenrad-Aufprall wird die Aufprallenergie, die während des Eingriffsprozesses auftritt, auf wirksame Weise über ein größeres Zeitintervall verteilt, wodurch ihr Beitrag zum erzeugten Geräuschpegel bei Eingriffsfrequenz verringert wird. Darüber hinaus ermöglicht das vorliegende asymmetrische Kettenradzahnprofil in vorteilhafter Weise eine mehr schrittweise stattfindende Lastübertragung des straffen Strangs von einer in vollem Eingriff befindlichen Rolle zu einer eingreifenden Rolle, wenn sich die eingreifende Rolle von ihrem anfänglichen Eingriff bei Punkt A zu ihrer vollen Zwei-Punkt-Eingriffsposition bei den Punkten B und C bewegt.
Wiederum unter Bezugnahme auf 9 umfasst die Fußfläche 256 eine Fußentlastung. Das heißt, dass sich eine zweite ebene Fläche 272 von Punkt C aus radial einwärts erstreckt. Ein zweiter Abschnitt der Fußfläche 256, der durch den Radius R_i' abgegrenzt wird, verläuft tangential zu einem radialen inneren Ende der ebenen Fläche 272 und verläuft tangential zu einem radialen inneren Ende einer dritten ebenen Fläche 274. Die Ausrückflanke 268, die durch den Radius R_f' abgegrenzt wird, verläuft tangential zu einem radialen äußeren Ende der dritten ebenen Fläche 274.
Es wird darauf hingewiesen, dass die ebene Fläche ohne funktionellen Zweck, die sich radial auswärts von Punkt C erstreckt, an die ebene Fläche 272 angrenzt. Das heißt, dass sich ein erster Abschnitt der ebenen Fläche 272 radial auswärts von Punkt C erstreckt und mit der zweiten ebenen Fläche ohne funktionellen Zweck zusammenwirkt, die sich radial einwärts von Punkt B erstreckt (der zur Flankenfläche 270 gehört), um die Rolle zu veranlassen, bei den Punkten B und C in einem Zwei-Punkt-Kontakt aufzusitzen. Ein zweiter Abschnitt der ebenen Fläche 272 erstreckt sich radial einwärts von Punkt C und wirkt mit der dritten ebenen Fläche 274 zusammen, um eine Fußentlastung bereitzustellen.
Zwischen der Rolle 269 und der entlasteten Fußfläche 256 besteht ein Abstand 276, wenn die Rolle 269 bei den Punkten B und C in vollem Eingriff aufsitzt. Für die fußentlastete Zahnlücke 254 gilt, dass die Rolle 269 den Punkt B bei vollem Eingriff berührt, wenn sich ihr Mittelpunkt auf dem theoretischen Gliedabstandsdurchmesser PD befindet. Der zweite Fußradius R_i' entspricht notwendigerweise dem halben Durchmesser D₁ der Rolle 269 oder beträgt weniger als dieser. 9b veranschaulicht den Rollenabstand 278 zur Ausrückflanke 268 für die Volleingriffsposition der Rolle 269 bei den Punkten B und C.
Unter Bezugnahme nun auf 9c ist die Fußentlastung hierin als der Abstand 280 definiert, der zwischen der Rolle 269 und der entlasteten Fußfläche 256 besteht, wenn die Rolle 269 den Fuß überbrückt und bei den Punkten S und S' an jeweils der gegenüberliegenden Eingriffsflanke 264 und der gegenüberliegenden Ausrückflanke 268 aufsitzt. Somit wird die Rolle 269 daran gehindert, die Fußfläche 256 zu berühren, wenn sich das Kettenrad 212 zu dem Punkt dreht, an dem die Rolle 269 den Fuß überbrückt und bei den Punkten S und S' an jeweils der gegenüberliegenden Eingriffsflanke 264 und der gegenüberliegenden Ausrückflanke 268 aufsitzt. Insbesondere veranschaulicht 9c den Punkt, an dem die Rolle 269 von Punkt C aus radial einwärts bewegt wird und während der Drehung des Kettenrads 212 um die Kettenradumschlingung 232 (7) die unteren Flanken bei den Punkten S und S' berührt. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Rolle entlang der Ausrückflanke 268 auswärts von Punkt S' bewegt, wenn die Rolle fortfährt, um die Kettenradumschlingung zu laufen.
Damit die Rolle 269 bei den Punkten S und S' mit den unteren Flanken in Kontakt kommt, muss die Rolle von der Zwei-Punkt-Volleingriffsposition fortschreiten und sich von dem Rollkreisdurchmesser PD um einen radialen Abstand radial einwärts bewegen. Wenn die Kettenantriebsdynamik unter gewissen schweren Betriebsbedingungen die Rolle 269 zwingt, auf die unteren Flankenflächen der Zahnlücke 254 aufzuprallen, wird die Rolle von der Eingriffsgeometrie eingeschränkt, die erfordert, dass die Rolle den Kettenradzahn anfänglich bei Punkt A tangential berührt, sich danach in ihre volle Zwei-Punkt-Eingriffsposition bei den Punkten B und C bewegt, bevor sie vorwärts und radial einwärts zu den Punkten S und S' fortschreiten kann, wozu ebenfalls eine weitere Kompression der Dämpfungsringe 244 (weiter unten beschrieben) erforderlich ist, wenn sich die Rolle auf einem radial einwärts gerichteten Weg bewegt.
Die Eingriffsgeometrie für das vorliegende asymmetrische Zahnprofil bietet zusammen mit der günstigen Rolle-Kettenrad-Aufsitzgeometrie bei den Punkten S und S' im Vergleich zum herkömmlichen Gummidämpfungsringsystem gemäß ISO-606 aus 6 eine hervorragende Geräuschverringerung. Die Aufprallvektoren F_IS und F_IS' (9c) treten sequenziell nach dem anfänglichen tangentialen Kontakt und dem nachfolgenden Zwei-Punkt-Sitz auf. Andererseits wird davon ausgegangen, dass der radiale (Fuß-)Aufprallvektor F_R gemäß ISO-606 (3) dem anfänglichen Rolle-Kettenrad-Aufprall entspricht, bevor sich die Rolle daraufhin in die Antriebsposition an der Eingriffsflanke bewegt.
Der Eingriffsflankenrollensitzwinkel β (9) und ein Ausrückflankenrollensitzwinkel β' ersetzen den Rollensitzwinkel α gemäß ISO-606. Der Druckwinkel γ steht in Funktion zum Eingriffsflankenrollensitzwinkel β. Das heißt, wenn β zunimmt, nimmt γ ab. Ein asymmetrischer Mindestdruckwinkel kann aus der folgenden Gleichung bestimmt werden, bei der: γmin = βmax – (αmax/2 + γISO min)
Daher ist ein asymmetrischer Druckwinkel γ_min = 0, wenn β_max = (α_max/2 + γ_ISO min), wie in der Tabelle aus 5 veranschaulicht. 5 listet die maximalen Betawinkel (β) und die entsprechenden Druckwinkel (γ) für mehrere Kettenradgrößen und mehrere asymmetrische Profile auf. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Verkleinerung des Eingriffsflankendruckwinkels γ die Tangentialaufprallkraftkomponente F_T (9b) und damit den Tangentialaufprallgeräuschbeitrag zum Gesamtgeräuschpegel am Anfang des Eingriffs verringert.
Die Aufprallkraft F_T steht in Funktion zur Aufprallgeschwindigkeit, die ihrerseits im Verhältnis zum Druckwinkel γ steht. Wenn der Druckwinkel γ verkleinert wird, stellt er eine entsprechende Verringerung der Aufprallgeschwindigkeit zwischen der Kette und dem Kettenrad am Anfang des Eingriffs bereit, wodurch bessere NVH-Eigenschaften erzielt werden. Ein Mindestdruckwinkel γ ermöglicht ebenfalls eine größere Trennung oder einen größeren Abstand zwischen den tangentialen Kontaktpunkten A und B, um die „Eingriffsabstufung" weiter zu erhöhen oder zu maximieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform liegt der Eingriffsflankendruckwinkel γ im Bereich von etwa –3,0° bis etwa +8°, um den abgestuften Aufprall zwischen der Rolle und dem Kettenrad zu optimieren.
Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der Rollensitzwinkel β in einem Zustand größten Materialumfangs größer als ISO α_max/2 und β kann eingestellt werden, bis ein gewünschter Eingriffsflankendruckwinkel γ erreicht ist. Zum Beispiel kann der Rollensitzwinkel β einen Druckwinkel γ bereitstellen, der kleiner als null ist oder einen negativen Wert beträgt. Es wird angenommen, dass ein kleiner negativer Druckwinkel für die theoretische Kette-/Kettenrad-Grenzfläche in vorteilhafter Weise einen Druckwinkel γ bereitstellt, der für ein „nominales" System oder für ein System mit Verschleiß näher an null(0) liegt. Jedoch kann der Eingriffsflankenrollensitzwinkel β vorteilhafterweise so eingestellt werden, dass er jeden beliebigen Eingriffsflankendruckwinkel γ bereitstellt, der einen Wert aufweist, der kleiner ist als der Mindestdruckwinkel gemäß ISO-606.
Es wird angemerkt, dass eine Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne erforderlich sein kann, wenn der Druckwinkel γ einen negativen Wert aufweist. Sonst würde eine Rolle in die Eingriffsflanke (bei einem Kettenrad mit dem größten Materialumfang und einer [kürzesten] Kette mit theoretischer Teilung) eingreifen, wenn sie aus der Kettenradumschlingung zurück in die Spanne austritt. Die verringerte Zahnteilung entlang der Sehne unterstützt ebenfalls den abgestuften Eingriff, wie zuvor erwähnt.
Zusätzlich kann der Ausrückflankenrollensitzwinkel β' (9) so eingestellt werden, dass er einen Höchstwert aufweist, der gleich α_min/2 ist oder sogar weniger beträgt. Dieser verkleinerte Sitzwinkel β' fördert eine schnellere Trennung, wenn die Rolle das Kettenrad verlässt und in die Spanne eintritt. Dieser verkleinerte Winkel β' ermöglicht ebenfalls, dass sich die Rolle in einer abgenutzten Kette die Auslaufflankenfläche herauf in einen weniger spitzen Winkel bewegt, wenn sich die Rolle in der Umschlingung um das Kettenrad bewegt.
Unter Bezugnahme nun auf 10 umfasst das Kettenrad 212 ebenfalls einen dritten Zahn 362, der eine Eingriffsseite oder -flanke 364 aufweist, und einen vierten Zahn 366, der eine Ausrückseite oder -flanke 368 aufweist. Die Eingriffsflanke 364 und die Ausrückflanke 368 wirken zusammen, um eine der Zahnlücken 258 für die Aufnahme einer zur Kette 216 gehörigen Rolle, wie beispielsweise Rolle 369, abzugrenzen. Somit wird der Kettenradzahn 362 notwendigerweise als einer der nummerierten Kettenradzähne 252 (8) klassifiziert und der Kettenradzahn 366 kann entweder als einer der Kettenradzähne 250 oder 252 klassifiziert werden.
Die Eingriffsrolle 369 weist einen Rollendurchmesser D, auf und ist vollständig in Zwei-Punkt-Kontakt in der Zahnlücke 258 aufsitzend gezeigt. Die Eingriffsrolle 369 berührt anfänglich die Eingriffsflanke 364 bei Punkt A', bevor sie an den Punkten B' und C voll in der Zahnlücke aufsitzt. Wie oben unter Bezugnahme auf die asymmetrische Zahnlücke 254 beschrieben, sind die Kontaktpunkte B' und C tatsächlich Linien, die sich axial entlang jeder Kettenradzahnfläche erstrecken (d.h. in einer Richtung, die rechtwinklig zur Ebene der Zeichnungen verläuft).
Die Eingriffsflanke 364 weist einen Radius Rf auf, der tangential zu einer ersten ebenen Fläche ohne funktionellen Zweck (nicht gezeigt) beim Kontaktpunkt B' verläuft. Die ebene Fläche, die nur zum Ermöglichen des Zwei-Punkt-Rollenkontakts dient, erstreckt sich radial einwärts von Punkt B' aus. Ein erster Abschnitt der Fußfläche 260, der durch den Radius R_i abgegrenzt wird, verläuft tangential zu einem radial inneren Ende der ersten Flankenfläche ohne funktionellen Zweck an einem Ende davon und tangential zu einem radial äußeren Ende einer zweiten ebenen Fläche ohne funktionellen Zweck (nicht gezeigt), die sich radial auswärts von Punkt C am anderen Ende davon erstreckt. Genauer gesagt, muss ein Höchstwert für den Fußradius R_i gleich oder kleiner sein als ein Mindestrollenradius 0,5D₁, um sicherzustellen, dass an den Punkten B' und C ein Zwei-Punkt/Linien-Kontakt stattfindet. Als Folge von R_i ≤ 0,5 D₁ wird ein kleiner Abstand (der dem Abstand 273 entspricht, der in 9a gezeigt ist) zwischen der Fußfläche 260 und der Rolle 369 abgegrenzt, wenn die Rolle an den Punkten B' und C aufsitzt.
Die Stelle der ersten ebenen Fläche ohne funktionellen Zweck wird durch den Winkel β bestimmt, wobei die Orientierung der Fläche senkrecht oder orthogonal zu einer Linie verläuft, die durch Punkt B' und den Mittelpunkt der Rolle 369 verläuft, wenn die Rolle das Kettenrad bei den Punkten B' und C berührt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Druckwinkel γ und das Ausmaß der Teilungsfehlanpassung zwischen der Kette und dem Kettenrad variiert werden können, um einen gewünschten anfänglichen Rollenkontaktpunkt A' zu Beginn des Rolle-Kettenrad- Eingriffs zu erzielen. Unter theoretischen Bedingungen tritt der anfängliche Rolle-Kettenrad-Kontakt bei Punkt B' auf. Jedoch tritt der anfängliche Kontakt für alle anderen Teilungsfehlanpassungsbedingungen bei Punkt A' auf, der als von Punkt B' versetzt gezeigt ist.
Somit tritt der anfängliche tangentiale Kontakt für alle Bedingungen außer der theoretischen Bedingung zu Beginn des Eingriffs bei Punkt A' auf. Es wird davon ausgegangen, dass die Rolle 369 in hartem Kontakt bleibt, wenn die Rolle durch die Drehung des Kettenrads von ihrem anfänglichen tangentialen Aufprall bei Punkt A' in die Position des vollen Eingriffs bei Punkt B' mit ihrem resultierenden radialen Kontakt bei Punkt C bewegt wird. Die radiale Aufprallkraft tritt erst dann auf, wenn sich das Kettenrad ausreichend gedreht hat, um die Rolle 369 bei Punkt C in radialen Kontakt zu bringen.
Somit tritt die radiale Aufprallkraft F_R im Augenblick des vollen Eingriffs auf. Die Lastübertragung des straffen Strangs auf die eingreifende Rolle wird bei vollem Eingriff als vollendet angesehen. Im Augenblick des radialen Aufpralls der Rolle 369 bei Punkt C mit seiner resultierenden radialen Aufprallkraft hat die tangentiale Aufprallkraft bereits stattgefunden und stellt keinen Faktor mehr dar. Durch die Zeitverzögerung (den "abgestuften" Eingriff) zwischen dem tangentialen und dem radialen Rolle-Kettenrad-Aufprall wird die Aufprallenergie, die während des Eingriffsprozesses auftritt, auf wirksame Weise über ein größeres Zeitintervall verteilt, wodurch ihr Beitrag zum erzeugten Geräuschpegel bei Eingriffsfrequenz verringert wird. Darüber hinaus ermöglicht das asymmetrische Kettenradzahnprofil in vorteilhafter Weise eine mehr schrittweise stattfindende Lastübertragung des straffen Strangs von einer in vollem Eingriff befindlichen Rolle zu einer eingreifenden Rolle, wenn sich die eingreifende Rolle von ihrem anfänglichen Eingriff bei Punkt A' zu ihrer vollen Zwei-Punkt-Eingriffsposition bei den Punkten B' und C bewegt.
Die Fußfläche 260 umfasst eine Fußentlastung. Das heißt, dass sich eine zweite ebene Fläche 372 von Punkt C aus radial einwärts erstreckt. Ein zweiter Abschnitt der Fußfläche 260, der durch den Radius R_i' abgegrenzt wird, verläuft tangential zu einem radialen inneren Ende der ebenen Fläche 372 und verläuft tangential zu einem radialen inneren Ende einer dritten ebenen Fläche 374. Die Ausrückflanke, die durch den Radius R_f' abgegrenzt wird, verläuft tangential zu einem radialen äußeren Ende der dritten ebenen Fläche 374.
Es wird darauf hingewiesen, dass die zweite ebene Fläche ohne funktionellen Zweck (die sich von Punkt C radial auswärts erstreckt) an die ebene Fläche 372 angrenzt. Das heißt, dass sich ein erster Abschnitt der ebenen Fläche 372 radial auswärts von Punkt C erstreckt und mit der ersten ebenen Fläche ohne funktionellen Zweck zusammenwirkt, die sich radial einwärts von Punkt B erstreckt, um das Aufsitzen der Rolle bei den Punkten B' und C in einem Zwei-Punkt-Kontakt zu ermöglichen. Ein zweiter Abschnitt der ebenen Fläche 372 erstreckt sich radial einwärts von Punkt C und wirkt mit der dritten ebenen Fläche zusammen, um eine Fußentlastung bereitzustellen.
Wie oben erwähnt, besteht zwischen der Rolle 369 und der entlasteten Fußfläche 260 ein Abstand 376, wenn die Rolle 369 bei den Punkten B' und C in vollem Eingriff aufsitzt. Für die fußentlastete Zahnlücke 258 gilt, dass die Rolle 369 den Punkt B' bei vollem Eingriff berührt, wenn sich ihr Mittelpunkt auf dem theoretischen Gliedabstandsdurchmesser PD befindet. Der zweite Fußradius R_i' ist notwendigerweise gleich oder kleiner als der halbe Durchmesser der Rolle 369. 10 veranschaulicht ebenfalls den Rollenabstand 378 zur Ausrückflanke 368 für die Volleingriffsposition der Rolle 369, wenn sie bei den Punkten B' und C aufsitzt. Die Zahnlücke 258 stellt auf gleiche Weise eine Fußentlastung bereit wie die Zahnlücke 254. Das heißt, dass die Rolle 369 daran gehindert wird, die Fußfläche 260 zu berühren, wenn die Rolle die Fußfläche überbrückt und bei den Punkten S und S' (siehe Abstand 280, 9c) aufsitzt. Somit kann die Rolle 369 nur die untere Eingriffsflanke und die untere Ausrückflanke berühren. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Rolle entlang der Ausrückflanke 368 auswärts von Punkt S' bewegt, wenn die Rolle fortfährt, um die Kettenradumschlingung zu laufen.
Teilungsfehlanpassung ist einer Kette-Kettenrad-Grenzfläche inhärent, außer unter einer Bedingung – der theoretischen Bedingung, die als Kette an ihrem kürzesten Gliedabstand (wobei der kürzeste Gliedabstand dem theoretischen Gliedabstand entspricht) und Kettenrad mit dem größten Materialumfang definiert ist. Diese theoretische Bedingung definiert daher einen Grenzwert (null oder keine Teilungsfehlanpassung) des Toleranzbereichs des Teilungsfehlanpassungsverhältnisses von Kette und Kettenrad. Der andere Grenzwert wird definiert, wenn eine längste „bauartgemäße" Kette mit einem Kettenrad mit Mindestmaterialumfangsbedingungen verwendet wird – oder mit anderen Worten ein Kettenrad mit einem Mindestprofil. Dieser Grenzwert erzeugt das größte Ausmaß der Teilungsfehlanpassung. Der Teilungsfehlanpassungsbereich wird daher durch die Teileigenschaftstoleranzen bestimmt.
Es kann eine zusätzliche Teilungsfehlanpassung eingeführt werden, um eine größere Zeitverzögerung zwischen dem anfänglichen tangentialen (Eingriffs-) Kontakt bei Punkt A (für die asymmetrischen Zahnlücken 254) und dem anfänglichen tangentialen Kontakt bei Punkt A' (für die asymmetrischen Zahnlücken 258) zu ermöglichen. Das heißt, dass das Eingriffsfrequenzgeräusch durch Variieren des Zeitpunkts, zum dem der anfängliche Rolle-Kettenrad-Kontakt für jede Zahnlücke 254, 258 auftritt, verringert wird, da der Punkt und der Rhythmus der anfänglichen Rolle-Kettenrad-Kontakte verändert werden. Die zeitliche Verzögerung oder Modulation zwischen dem Rolle-Kettenrad-Kontakt bei den Punkten A und A' kann erhöht werden, indem die Fehlanpassung zwischen dem Kettengliedabstand und der Kettenradzahnteilung erhöht wird. Es wird darauf hingewiesen, dass der anfängliche Kontakt für die Zahnlücke 254 früher stattfindet als für die Zahnlücke 258, und zwar hauptsächlich aufgrund der Differenz des β-Winkels (siehe 11) und zu einem geringeren Grad aufgrund der Flankenfläche 270, die verursacht, dass der anfängliche Kontakt höher an der Eingriffsflanke der Kettenradzähne 250 stattfindet.
Die Zahnteilung entlang der Sehne des Kettenrads ist notwendigerweise kürzer als der Kettengliedabstand, um den abgestufen Rolle-Zahn-Kontakt zu ermöglichen. Zusätzlich stellt eine Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne ebenfalls einen Abstand zwischen Rolle und Flanke bereit, wenn die Rolle aus der Kettenradumschlingung zurück in den Strang austritt. Wenn eine zusätzliche Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne verwendet wird, liegt diese vorzugsweise im Bereich von 0,005 bis 0,050 mm.
Der abgestufte Rollenkontakt für jede Zahnlücke 254, 258 kann weiter unterstützt werden, indem Kettenradzahndruckwinkel γ bereitgestellt werden, die wesentlich kleiner sind als der ISO-Standard. Es werden Druckwinkel γ, die gleich oder fast gleich null(0) sind, oder sogar negative Druckwinkel in Betracht gezogen. Beispielsweise veranschaulicht 11 eine Ausführungsform des Antriebskettenrads 212 mit unregelmäßigem. Eingriff, bei dem die Druckwinkel γ für die Zahnlücken 254, 258 unterschiedlich sind. Das heißt, dass beide Druckwinkel γ entweder einen positiven Wert aufweisen oder gleich null sind, jedoch ist der Druckwinkel γ₂₅₄ für die Zahnlücke 254 kleiner als der Druckwinkel γ₂₅₈ für die Zahnlücke 258 (und der Rollensitzwinkel β₂₅₄ ist größer als der Rollensitzwinkel β₂₅₈). Somit kann γ_min für die Zahnlücke 254 0° betragen, γ_min kann für die Zahnlücke 258 +8° betragen und γ_max für beide Zahnlücken beträgt stets weniger als der ISO-Mindestdruckwinkel (die Eigenschaftentoleranzbandbreite oder der Eigenschaftentoleranzbereich für γ_min und γ_max ist für beide Zahnlücken 254, 258 gleich).
Folglich tritt der anfängliche Rolle-Kettenrad-Kontakt bei Punkt A auf, gefolgt von einem nachfolgenden radialen Kontakt bei den Punkten B und C für die Zahnlücke 254. Und der anfängliche Rolle-Kettenrad-Kontakt tritt bei Punkt A' auf, gefolgt von einem nachfolgenden radialen Kontakt bei den Punkten B' und C für die Zahnlücke 258. Das Kettenrad 212 kann eine zusätzliche Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne umfassen und kann einen Zahnlückenabstand (TSC) umfassen, wie in U.S.-Patent Nr. 5,921,878 beschrieben ist, dessen Offenbarung durch Literaturhinweis für die Gesamtheit seiner Lehren hierin eingefügt ist. Der Zahnlückenabstand (TSC) ermöglicht Rollen einer verschlissenen Kette, mit einer oder mehreren geneigten Fußflächen der Kettenradzähne einen harten Kontakt aufrecht zu erhalten. Das heißt, dass eine oder mehrere der ebenen Flächen 272, 274 (9) und 372, 374 (10) verwendet werden können, um die Kettengliedabstandslängung oder den Kettenverschleiß zu kompensieren, indem ein spezifizierter Grad an Kettengliedabstandslängung ΔP aufgenommen wird. Zusätzlich ermöglichen die geneigten Fußflächen eine Verringerung der radialen Reaktionskraft, wodurch der Geräuschbeitrag des radialen Aufpralls der Rolle zum Gesamtgeräuschpegel verringert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass ein flacher Winkel β' zusammen mit dem Zahnlückenabstand die Aufrechterhaltung eines "harten" Rolle-Kettenrad-Kontakts für die Rollen in der Umschlingung unterstützt.
Alternativ kann der Druckwinkel γ_min für die Zahnlücken 254 stets einen negativen Wert aufweisen, während der Druckwinkel γ_min für die Zahnlücken 258 stets einen positiven Wert oder Null aufweisen kann. Beispielsweise kann γ_min für die Zahnlücken 254 –3° betragen, γ_min kann für die Zahnlücken 258 +8° betragen und γ_max beträgt für beide Profile stets weniger als der ISO-Mindestdruckwinkel. Bei dieser Ausführungsform ist stets eine zusätzliche Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne inbegriffen, jedoch kann ein Zahnlückenabstand inbegriffen oder nicht inbegriffen sein. Bei noch einer anderen Ausführungsform können die Zahnlücken 254, 258 dieselben oder mindestens im Wesentlichen dieselben Druckwinkel γ aufweisen (somit weisen die Zahnlücken dieselben oder zumindest im Wesentlichen dieselben Rollensitzwinkel β₂₅₄ und β₂₅₈ auf).
12 veranschaulicht den Weg (gestrichelte Linie), den jede der Rollengliedlaschen, wie beispielsweise die Rollengliedlaschen 248, durchlaufen, wenn sie mit dem Kettenrad 212 in Eingriffskontakt kommen. Die Rollengliedlaschen 248 drehen sich um den Mittelpunkt der in vollem Eingriff befindlichen Rolle 228 und komprimieren die elastischen Polster- oder Dämpfungsringe 244, die an gegenüberliegenden vorderen und hinteren Flächen der Zähne 250 und/oder 252 an der Nabe 213 des Kettenrads 212 befestigt sind (siehe auch 8a), wenn sich die Rolle 230 in die entsprechende Kettenradzahnlücke in Eingriff bewegt.
Unter weiterer Bezugnahme auf 12 und jetzt auch auf 12a umfassen die ringförmigen elastomeren (z.B. Gummi-) Polster- oder Dämpfungsringe 244 jeweils eine unebene oder gewellte äußere Fläche 400, die aus einander abwechselnden Druckpolstern 402 und Querrillen oder sich axial erstreckenden Rillen 404 gebildet ist. Die Druckpolster 402 weisen jeweils eine äußere Fläche 406 auf, die eben ist und sich zwischen einem vorderen oder stromaufwärts angeordneten Ende 406a bis zu einem hinteren oder stromabwärts angeordneten Ende 406b im Allgemeinen entlang eines Außendurchmessers OD_E der Dämpfungsringe 244 erstreckt. Sowohl das vordere Ende 406a als auch das hintere Ende 406b jedes Druckpolsters 402 sind in einem gemeinsamen radialen Abstand von der Mitte bzw. der mittleren Längsachse CL des Kettenrads 212 angeordnet (siehe auch 8, 8a) und am bevorzugtesten sind sowohl das vordere Ende 406a als auch das hintere Ende 406b auf dem Außendurchmesser OD_E des Dämpfungsrings 244 angeordnet. Zwischen dem vorderen Ende 406a und dem hinteren Ende 406b ist die äußere Fläche 406 um einen Mittelpunkt 406c, der die äußere Fläche 406 des Druckpolsters 402 zweiteilt, symmetrisch. Somit umfasst der Dämpfungsring 244 vorzugsweise eine symmetrische äußere Fläche bzw. einen Außendurchmesser OD_E, der durch die symmetrischen Druckpolster 406 definiert wird. Des Weiteren ist die äußere Fläche 406 zwischen dem vorderen Ende 406a und dem hinteren Ende 406b derselben vorzugsweise glatt.
Somit ist die äußere Fläche 406 jedes Druckpolsters 402 so definiert, dass das Polster 402 durch die Glieder 248 der Kette vom vorderen Ende 406a bis zum hinteren Ende 406b gleichmäßig und gleichförmig komprimiert wird, wenn sich die Rolle 230 in Eingriff mit dem Kettenrad 212 bewegt. Anders ausgedrückt und unter weiterer Bezugnahme auf das Beispiel, das in 12 veranschaulicht ist, wird der Kompressionsgradient jedes Druckpolsters 402 gleichmäßig zwischen die aufsitzende Rolle 228 und die nächste eingreifende Rolle 230 verteilt.
Die Rillen 404, die zwischen aufeinanderfolgenden Druckpolstern 402 jedes Dämpfungsrings 244 angeordnet sind, erstrecken sich quer oder axial (d.h. parallel zur Mittelachse CL des Kettenrads 212) und bieten eine minimale oder gar keine Kompression der Dämpfungsringe 244 für den Abschnitt der Gliedlaschen der Rollenkette, der sich benachbart zur aufsitzenden und sich drehenden Rolle 228 befindet, wo eine Kompression einen geringen oder gar keinen Vorteil bieten würde. Des Weiteren stellen die Rillen 404 Hohlräume oder Freiräume bereit, in die sich das elastomere Material, das die hinteren Enden 406b der Druckpolster 402 bildet, während des Eingriffs jeder Rolle und der nachfolgenden Drehung dieser Rolle um die Kettenradumschlingung 232 (7) hineinbewegen kann.
Unter Bezugnahme nun auf 12b wird jede Rille 404 durch mindestens einen Radius R₂ abgegrenzt, der sich von einer Bogenmitte 408 der Rille 404 aus erstreckt (in der beschriebenen Ausführungsform werden die Rillen 404 durch mindestens zwei Radien abgegrenzt). Ebenso wird jeweils ein Abschnitt der Fußflächen 256, 260 der Zahnlücken 254, 258 durch einen Radius R_i' abgegrenzt, der sich von einer Bogenmitte 410 des Fußflächenabschnitts aus erstreckt, der durch den Radius R_i' abgegrenzt wird.
Somit kann in dem veranschaulichten Beispiel zwischen dem Bogenmittelpukt 410, dem Bogenmittelpunkt 408 und dem Mittelpunkt CL des Kettenrads 212 eine Radiale 412 gezeichnet werden. Es ist ersichtlich, dass die Dämpfungsringe 244 und genauer gesagt, die Druckpolster 402 sowie die Rillen 404 im Verhältnis zum Kettenrad 212 so ausgerichtet sind, dass die Bogenmittelpunkte 408 der Rillen 404 entlang der Radialen 412 ausgerichtet sind. Allgemeiner ausgedrückt, ist gemäß der vorliegenden Erfindung jede Rille 404 jedes Dämpfungsrings 244 radial einwärts von einer der Zahnlücken 254, 258 des Kettenrads 212 angeordnet und umfänglich zu einer derselben ausgerichtet. Am bevorzugtesten wird jede Rille 404 von der Radialen 412, die sich von dem Mittelpunkt CL des Kettenrads 212 durch den Bogenmittelpunkt 410 erstreckt, zweigeteilt. Während die hier veranschaulichten Rillen 404 durch einen Radius, wie beispielsweise den Radius R₂ abgegrenzt sind, wird des Weiteren ebenfalls in Betracht gezogen, dass die Rillen auf andere Weise abgegrenzt oder angepasst werden, d.h. dass die Rillen von einer oder mehreren ebenen Flächen und/oder anderen nicht ebenen Flächen abgegrenzt werden können.
Unter Bezugnahme nun auf 12c wurde das Kettenrad 212 bis zu dem Augenblick im Uhrzeigersinn 11 gedreht (verglichen mit 12), zu dem die Rolle 230 in einem Zwei-Punkt-Antriebskontakt mit dem Kettenrad 212 voll aufsitzt. Es ist ersichtlich, dass die äußere Fläche 406 des Druckpolsters 402 zwischen ihrem vorderen und hinteren Ende 406a, 406b gleichförmig um ein Ausmaß 249 komprimiert wird, wenn die beiden nachfolgenden Rollen 228, 230 mit dem Kettenrad 212 in Eingriff stehen, wie in 12c gezeigt.
Unter Bezugnahme nun auf 12d ist gezeigt, dass die Rolle 282 die Eingriffszahnflanke bei dem Punkt berührt, der durch die kurze Linie 286a angezeigt ist, die senkrecht zur Rolle und zur Zahnflanke verläuft. Es ist gezeigt, dass die Rolle 284 in der Position 286b die Ausrückzahnflanke in der Zahnlücke, die sie einnimmt, berührt. Das Fortschreiten der Rolle 282 in ihrer Winkelposition, die in 12d gezeigt ist, bis sie die Ausrückflanke des benachbarten Zahns berührt, findet irgendwo zwischen ihrer gegenwärtigen Position und der Winkelposition, die die Rolle 284 gegenwärtig einnimmt, statt.
12e zeigt das Kettenrad 212, das in Richtung des Pfeils 11 um einen Winkel, der kleiner als der Zahnwinkel A ist, bis zu dem Augenblick gedreht wird, zu dem die Rolle 282 beide Flanken berührt, wie durch die Linien S, S' gezeigt. Wie zuvor erwähnt, muss sich die Rolle 282, um diesen Zustand zu erreichen, um einen Abstand 288 radial einwärts bewegen, wobei die Polster der Gummidämpfungsringe 244 weiter komprimiert werden, damit an den Punkten S und S' an beiden Flanken ein Kontakt stattfindet. Der Mittelpunkt der Rolle 282 kann tatsächlich auf dem Gliedabstandsdurchmesser PD verbleiben, wenn er vom Eingriffsflankenkontakt zum Ausrückflankenkontakt fortschreitet. In jedem Fall hindern die Dämpfungsringe 244 die Rollen in der Kettenradumschlingung 232 daran, zu vibrieren, was zu einem intermittierenden Kontakt der Rollen mit den Kettenradzähnen führen würde und die Erzeugung eines unerwünschten Breitbandgeräuschs zur Folge hätte.
Es wird darauf hingewiesen, dass die unterschiedlichen Gruppen von Kettenradzähnen im Gegensatz zu einem unregelmäßigen Muster in vielen regelmäßigen Mustern angeordnet werden können, die ebenso gut funktionieren würden. In allen Fällen stellt die Anordnung von zwei Gruppen von unterschiedlichen Kettenradzähnen auf einem Kettenrad ein Mittel zum Aufgliedern des Eingriffsfrequenzaufprallgeräusches bereit, das normalerweise mit einer vollen Anzahl von im Wesentlichen identisch geformten Kettenradzähnen in Zusammenhang steht und von diesen erzeugt wird. Die Geräuschverringerung der Eingriffsfrequenz und die Breitbandgeräuschverringerung werden durch Verändern der Stelle und des Rhythmus der anfänglichen Rolle-Kettenrad-Kontakte von einem Zahnprofil zum nächsten und durch Puffern oder Dämpfen des Eingriffsaufpralls der Rolle, wenn sie die Spanne verlassen und während des Eingriffsprozesses auf das Kettenrad aufprallen, erreicht.
Das oben beschriebene Rollenkettenantriebsrad 212 mit unregelmäßigem Eingriff weist zwei Gruppen von Kettenradzähnen auf, die jeweils ein unterschiedliches Zahnprofil aufweisen, das eine Fußentlastung umfasst. Jedoch wird in Betracht gezogen, dass nur eine der beiden Gruppen von Kettenradzähnen verwendet wird und/oder eine Fußentlastung umfasst. Es wird ebenfalls in Betracht gezogen, dass nur bestimmte der ersten und/oder der zweiten Vielzahl von Kettenradzähnen eine Fußentlastung umfassen.
Das Kurbelwellenkettenrad, das im Allgemeinen das kleinste Kettenrad in dem Kettenantrieb ist, ist gewöhnlich der Hauptgeräuschbeiträger. Das typischerweise größere angetriebene Nockenwellenkettenrad trägt dagegen ebenfalls zu den erzeugten Geräuschpegeln bei, jedoch im Allgemeinen in einem geringeren Ausmaß als das Kurbelwellenkettenrad. Jedoch kann das angetriebene Kettenrad, insbesondere wenn es nahezu genauso groß wie oder kleiner als das Antriebskettenrad ist, der Hauptgeräuscherzeuger sein, wie es bei Ausgleichswellenkettenrädern und Pumpenkettenrädern der Fall ist. Daher können die Merkmale der vorliegenden Erfindung ebenfalls vorteilhaft bei Nockenwellenkettenrädern oder angetriebenen Kettenrädern verwendet werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die offenbarten asymmetrischen Zahnprofileigenschaften etwas verändert werden können, ohne wesentlich von der Ketten- und Kettenrad-Eingriffs-Kinematik abzuweichen, die die Geräuschminderungsvorteile der vorliegenden Erfindung erzeugen. Zum Beispiel können die asymmetrischen Eingriffsflankenprofile durch eine Evolventenform angenähert werden und die asymmetrischen Ausrückflankenprofile können durch eine andere Evolventenform angenähert werden. Leichte Veränderungen an dem Profil können aus Gründen der Herstellung und/oder Qualitätskontrolle oder einfach zur Verbesserung der Teileabmessung vorgenommen werden.
Es wird ebenfalls in Betracht gezogen, dass einer oder mehrere der Dämpfungsringe 244 der vorliegenden Erfindung an einem bekannten Kettenrad gemäß ISO-606 oder an jedem anderen Kettenrad mit symmetrisch geformten Zähnen und Zahnlücken, wie beispielsweise dem Kettenrad 12 (2), angebracht werden können, um die NVH-Vorteile gegenüber einem Kettenrad gemäß ISO-606 zu erreichen, das einen bekannten Dämpfungsring, wie beispielsweise den Dämpfungsring 144 (6-6b), umfasst. Unter Bezugnahme nun auf 13a umfasst ein Kettenrad 512 gemäß ISO-606 eine Vielzahl symmetrischer Kettenradzähne 514. Nachfolgende benachbarte Kettenradzähne wirken zusammen, um symmetrische Zahnlücken 516 zu definieren, die Fußflächen 518 aufweisen. Mindestens ein elastomerer Dämpfungsring 244 ist an dem Kettenrad 512 angebracht. Vorzugsweise ist ein Dämpfungsring 244 benachbart zu jeder axialen Fläche des Kettenrads 512 angebracht, so dass die Zähne 514 axial zwischen den beiden Dämpfungsringen 244 angeordnet sind, wie oben in Bezug auf das Kettenrad 212 beschrieben.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform aus 13a wird jede Rille 404 durch mindestens einen Radius R₂ abgegrenzt, der sich von einer Bogenmitte 520 der Rille 404 aus erstreckt (bei der beschriebenen Ausführungsform werden die Rillen 404 durch mindestens zwei Radien abgegrenzt). Ebenso wird die Fußfläche 518 jeder symmetrischen Zahnlücke 516 durch einen Radius R_i abgegrenzt, der sich von einer Bogenmitte 522 der Fußfläche aus erstreckt, die durch den Radius R_i abgegrenzt wird. Zwischen der Bogenmitte 522 des Fußflächenabschnitts, der von dem Radius R_i abgegrenzt wird, und dem Mittelpunkt (nicht gezeigt) des Kettenrads 512 kann eine Radiale 524 gezeichnet werden. Der Dämpfungsring 244 und genauer gesagt, die Druckpolster 402 sowie die Rillen 404 sind im Verhältnis zum Kettenrad vorzugsweise so ausgerichtet, dass die Bogenmitten 520 der Rillenabschnitte, die von den Radien R₂ abgegrenzt werden, mindestens in der Nähe der Radialen 524 angeordnet sind. In diesem Fall kann eine Radiale 524 mindestens durch einen Abschnitt jeder Rille 404 gezeichnet werden. Vorzugsweise sind die Bogenmitten 520 der Rillenabschnitte, die von den Radien R₂ abgegrenzt werden, auf den Radialen 524 angeordnet. In diesem Fall halbieren die Radialen 524 die Rillen 404. Wie oben angemerkt, wird, allgemeiner ausgedrückt, bevorzugt, dass die Rillen 404 der Dämpfungsringe 244 jeweils radial einwärts von den Fußflächen 518 angeordnet sind und von diesen mindestens teilweise umfänglich überlappt werden.
13b veranschaulicht teilweise ein Kettenrad 512', das Dämpfungsringe 244 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Außer wenn in anderer Weise gezeigt und beschrieben, sind das Kettenrad 512' und die Dämpfungsringe 244, die daran befestigt sind, mit dem Kettenrad 512, das soeben beschrieben und in 13a veranschaulicht wurde, identisch. Das Kettenrad 512' ist jedoch dahingehend etwas modifiziert, dass die Fußfläche 518 (gestrichelt gezeigt) entlastet wurde, so dass eine entlastete Fußfläche 518' mindestens einen Abschnitt des Fußes zwischen nachfolgenden Zähnen 514 abgrenzt. Insbesondere ist die entlastete Fußfläche 518' so abgegrenzt, dass eine Rolle (siehe Rolle R1 in 14) der zugehörigen Rollenkette, wenn sie vollständig in der Zahnlücke 516' aufsitzt, nicht die entlastete Fußfläche 518' berührt. Die entlastete Fußfläche 518' kann durch einen oder mehrere Radien und/oder durch eine oder mehrere Ebenen abgegrenzt werden, und die Form der entlasteten Fußfläche 518' selbst ist unbedeutend, da sie nie eine Rolle der Rollenkette berührt.
Die präzise Position und Länge der entlasteten Fußfläche 518' kann variiert werden, ohne vom Gesamtbereich und der Gesamtabsicht der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wie veranschaulicht wird bevorzugt, dass die entlastete Fußfläche 518' im Verhältnis zur Zahnlücke 516' symmetrisch abgegrenzt ist, d.h. dass sie um die Radiale 524, die die Zahnlücke 516' halbiert, symmetrisch abgegrenzt ist, obwohl dies nicht erforderlich ist. Zumindest ist jedoch von Bedeutung, dass eine zugehörige Rolle in der Mitte der Zahnlücke 516', d.h. an der Radialen 524, von dem Kettenrad beabstandet ist, wenn die Rolle vollständig in der Zahnlücke 516' aufsitzt.
Hinsichtlich der symmetrischen Kettenräder 512, 512' oder beliebiger anderer symmetrischer Kettenräder stellen symmetrische Dämpfungsringe 244, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet sind, einen bedeutenden Vorteil gegenüber bekannten "Sägezahndämpfungsringen" oder anderen Dämpfungsringen, die eine asymmetrische äußere Fläche aufweisen, dahingehend bereit, dass die Dämpfungsringe 244 an beiden Seiten der Kettenradzähne 514 befestigt oder umformt werden können, ohne rückwärts installiert zu werden. Anders ausgedrückt arbeiten die Dämpfungsringe 244 ungeachtet der Richtung, in der sie sich drehen, korrekt, wenn sie an einem symmetrischen Kettenrad, wie beispielsweise den Kettenrädern 512, 512', befestigt sind. Somit werden die Fertigungszeit und Fertigungsfehler bei einem Montagevorgang verringert, während es bei einem Umformungsvorgang, bei dem das Kettenrad 512, 512' in einer Spritzgießform angeordnet wird und die Dämpfungsringe direkt daran geformt werden, nicht erforderlich ist, dass das Kettenrad mit der "richtigen Seite nach oben" angeordnet wird.
14 veranschaulicht das Kettenrad 512' aus 13b und zeigt eine bevorzugte Dämpfungsringanpassung und -position, bei der jedes Druckpolster 402 eine ebene äußere Fläche 406 umfasst, die parallel zu einem Sehnen- oder Liniensegment CR12 verläuft, das sich zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Rollen R1, R2 erstreckt, wenn die Rollen beide vollständig in ihren jeweiligen Zahnlücken 516' aufsitzen und benachbart zu gegenüberliegenden Enden des Druckpolsters 402 angeordnet sind. Auf diese Weise wird das Druckpolster 402 durch das Glied, das sich zwischen den Rollen R1, R2 erstreckt, um ein gleichförmiges Ausmaß X49 komprimiert. Dieses Verhältnis, bei dem das Polster so angepasst und angeordnet wird, dass die Fläche 406 eben ist und parallel zum Liniensegment CR12 verläuft und die Fläche 406 durch ein Glied, das sich zwischen den benachbarten vollständig aufsitzenden Rollen R1, R2 erstreckt, gleichförmig entlang ihrer Länge komprimiert wird, wird als Tau (T) = 0° bezeichnet.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Zahnlückenausführungsformen der vorliegenden Erfindung als asymmetrisch klassifiziert werden können, wenn: i) der Rollensitzwinkel β der Eingriffsseite größer ist als der Rollensitzwinkel β' der Ausrückseite; und ii) der Rollensitzwinkel β der Eingriffsseite dem Rollensitzwinkel β' der Ausrückseite entspricht und sich das Eingriffsseitenprofil von dem benachbarten Ausrückseitenprofil unterscheidet, beispielsweise wenn die Eingriffsseite eine Flankenfläche 270 usw. umfasst. Des Weiteren könnte das asymmetrische Eingriffsflankenprofil durch eine Evolventenform angenähert werden und das asymmetrische Ausrückflankenprofil könnte durch eine andere Evolventenform angenähert werden.
Obwohl die Dämpfungsringe 244 hierin so beschrieben wurden, dass sie an einer axial hervorstehenden Nabe der verschiedenen Kettenräder 212, 512, 512' befestigt sind, ist Fachleuten ersichtlich, dass der eine oder die mehreren Dämpfungsringe direkt an der gegenüberliegenden vorderen und/oder hinteren Fläche eines Kettenrads anstatt an einer Nabe befestigt werden können. Dieser Fall tritt beispielsweise im Zusammenhang mit einem Kettenrad ein, das keine sich axial erstreckende Nabe umfasst. Der bzw. die Dämpfungsring(e) müssen einfach, wie hierin beschrieben, benachbart zu den Kettenradzähnen und Zahnlücken angeordnet sein, um wie beschrieben in die Gliedlaschen der zugehörigen Rollenkette einzugreifen.

Claims

Kettenrad (512), das Folgendes umfasst: eine Nabe; eine Vielzahl von Zähnen (514), die von der Nabe radial auswärts hervorstehen und mittels einer Vielzahl von Zahnlücken (516) voneinander getrennt sind; einen ersten und zweiten elastomeren Dämpfungsring (244), die an einer gegenüberliegenden ersten und zweiten axialen Seite der Zähne mit der Nabe verbunden sind, wobei der erste und zweite Dämpfungsring (244) jeweils eine Vielzahl von Druckpolstern (402) abgrenzen, die durch sich axial erstreckende Rillen (404), die jeweils mit den Zahnlücken (516) ausgerichtet sind und radial einwärts dazu angeordnet sind, umfänglich voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Druckpolster (402) eine ebene äußere Fläche (406) umfasst, die um einen umfänglichen Mittelpunkt symmetrisch abgegrenzt ist und sich zwischen einem vorderen Ende und einem hinteren Ende erstreckt und diese umfasst, wobei das vordere Ende und das hintere Ende jedes Druckpolsters in einem gemeinsamen radialen Abstand von einer Mitte der Nabe angeordnet sind, um die sich das Kettenrad dreht.
Kettenrad nach Anspruch 1, wobei die sich axial erstreckenden Rillen (404) durch Radien abgegrenzt sind, die in jeweiligen Rillenbogenmitten zentriert sind, die Vielzahl der Zähne (414) des Kettenrads durch Fußflächen getrennt ist, die mindestens teilweise durch Radien abgegrenzt sind, die in jeweiligen Fußbogenmitten zentriert sind, und jede der Rillenbogenmitten mit einer der Fußbogenmitten ausgerichtet ist.
Kettenrad nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl von Zahnlücken (516) zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen symmetrisch abgegrenzt ist.
Kettenrad nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl von Zahnlücken (516) zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen asymmetrisch abgegrenzt ist.
Kettenrad nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Zähnen (514) Zähne umfasst, die gemäß mindestens zwei unterschiedlichen Zahnprofilen abgegrenzt sind.
Kettenrad nach Anspruch 5, wobei die mindestens zwei unterschiedlichen Zahnprofile hinsichtlich der umfänglichen Position auf der Nabe willkürlich um die Nabe herum angeordnet sind.
Kettenrad nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, wobei jede der Zahnlücken (516) mindestens teilweise durch eine Fußfläche abgegrenzt ist, die sich zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen erstreckt und an eine entlastete Fläche angepasst ist, die von einer zugehörigen Rolle beabstandet ist, wenn die zugehörige Rolle vollständig in einer der Zahnlücken aufsitzt.