DE69722439T2

DE69722439T2 - Wahlfrei eingreifendes rollenkettenrad mit verbessertem rauschverhalten

Info

Publication number: DE69722439T2
Application number: DE69722439T
Authority: DE
Inventors: D. James YOUNG
Original assignee: Cloyes Gear and Products Inc
Current assignee: Cloyes Gear and Products Inc
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: BR9714420A; US5921879A; JP4047933B2; DE69722439D1; CA2275656C; EP0944787A4; CA2275656A1; US6325734B1; EP0944787B1; WO1998029673A2; EP0944787A2; WO1998029673A3; JP2002515108A

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft die Technik von Kraftfahrzeugsteuerketten. Sie findet besondere Anwendung im Zusammenhang mit einem unidirektionalen Rollenkettenrad zur Verwendung mit Kraftfahrzeugnockenwellenantriebsanwendungen und wird unter besonderer Bezugnahme hierauf beschrieben. Jedoch kann die vorliegende Erfindung ebenfalls Anwendung im Zusammenhang mit anderen Typen von Kettenantriebssystemen und -anwendungen finden, bei denen eine Verringerung des Geräuschpegels von Kettenantrieben gewünscht ist.
Rollenkettenräder zur Verwendung mit Nockenwellenantrieben von Kraftfahrzeugmotoren werden typischerweise gemäß ISO-Standard (Internationale Organisation für Standardisierung) 606 : 1994 (E) hergestellt. Der Standard ISO-606 spezifiziert Anforderungen für Präzisionsrollenketten mit kurzer Gliedteilung und zugehörigen Kettenzahnrädern oder Kettenrädern.
1 veranschaulicht ein symmetrisches Zahnlückenprofil für ein Kettenrad gemäß ISO-606. Die Zahnlücke weist eine kontinuierliche Fußrundung bzw. einen kontinuierlichen Fußradius R_i von einer Zahnflanke (d. h. einer Seite) zur benachbarten Zahnflanke auf. Eine Kette mit einem Gliedabstand P weist Rollen mit einem Durchmesser D₁ auf, die mit den Zahnlücken in Kontakt stehen. Das ISO-Kettenrad weist eine Zahnteilung entlang der Sehne ebenfalls von der Länge P, einen Fußdurchmesser D₂ und eine Anzahl Z von Zähnen auf. Der Zahnflankenradius R_f , der Rollkreisdurchmesser PD, der Spitzendurchmesser OD, der Zahnwinkel A (gleich 360°/Z) und der Rollensitzwinkel α definieren des Weiteren das Kettenrad gemäß ISO-606. Der maximale und der minimale Rollensitzwinkel α sind wie folgt definiert: αmaX = (140° – 90°)/Z und αmin = (120° – 90°)/Z
Unter Bezugnahme auf 2 dreht sich ein exemplarisches Rollenkettenantriebssystem 10 gemäß ISO-606 im Uhrzeigersinn, wie durch Pfeil 11 gezeigt. Das Kettenantriebssystem 10 umfasst ein Antriebskettenrad 12, ein angetriebenes Kettenrad 14 und eine Rollenkette 16 mit einer Anzahl von Rollen 18. Die Kettenräder 12, 14 und die Kette 16 entsprechen im Allgemeinen jeweils dem Standard ISO-606.
Die Rollenkette 16 greift in die Kettenräder 12 und 14 ein und ist um diese gewickelt und weist zwei Spannen auf, die sich zwischen den Kettenrädern erstrecken, einen schlaffen Strang 20 und einen straffen Strang 22. Die Rollenkette 16 steht unter Spannung, wie durch die Pfeile 24 gezeigt ist. Der straffe Strang 22 kann mittels einer Kettenführung 26 von dem angetriebenen Kettenrad 14 zum Antriebskettenrad 12 geführt werden. Eine erste Rolle 28 ist am Anfang des Eingriffs in einer 12-Uhr-Position auf dem 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 mit einem unerwünschten Geräusch auf. Eine Hauptquelle von Rollenkettenantriebsgeräusch ist das Geräusch, das erzeugt wird, wenn eine Rolle die Spanne verlässt und während des Eingreifens mit dem Kettenrad kollidiert. 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 absorbiert werden muss. Die absorbierte Aufprallenergie 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:
Die Gleichung der Aufprallenergie (E_A ) geht davon aus, dass die Kinematik des Kettenantriebs im Allgemeinen mit einem quasi-statischen analytischen Modell übereinstimmt und dass der Antriebskontakt des Rollenkettenrades am Tangentenpunkt TP (3). der Flanken- und Wurzelradien stattfindet, wenn das Kettenrad eine Rolle, von der Spanne aufnimmt.
Wie in 3 gezeigt, wird der Druckwinkel γ definiert als Winkel zwischen einer Linie A, die sich von der Mitte der Eingriffsrolle 30 senkrecht zum Tangentenpunkt TP des Eingriffsflankenradius R_f und des Fußradius R_i und durch diese hindurch erstreckt, und einer Linie B, die den Mittelpunkt einer gedachten Rolle, die völlig auf dem theoretischen Rolldurchmesser PD aufsitzt, und den Mittelpunkt der Eingriffsrolle 30, wenn sie völlig auf dem theoretischen Rolldurchmesser PD aufsitzt, verbindet. Die Rollensitzwinkel α und die Druckwinkel γ, die in 27 aufgelistet sind, werden mit den oben definierten Gleichungen berechnet. Es wird darauf hingewiesen, dass γ ein Mindestwert ist, wenn α ein Höchstwert ist. Das exemplarische Kettenrad gemäß ISO- 606 12 mit 18 Zähnen aus 3 weist einen Druckwinkel γ im Bereich von 12,5° bis 22,5° auf, wie in 27 gezeigt.
3 zeigt des Weiteren den Eingriffsweg (in Konstruktionsdurchsicht dargestellte Rollen) und die Eingriffskontaktposition der Rolle 30 (mit durchgezogener Linie dargestellt), wenn sich das Kettenrad 12 in Richtung des Pfeils 11 dreht. 3 stellt den theoretischen Fall mit einer Kettenrolle 28 dar, die auf dem Fußdurchmesser D₂ eines Kettenrades mit dem größten Materialumfang aufsitzt, wobei sowohl die Kettenteilung als auch die Zahnteilung entlang der Sehne des Kettenrades der theoretischen Teilung P entspricht. Bei diesem theoretischen Fall weist das Geräusch, das am Anfang des Rolleneingriffs auftritt, eine radiale Komponente F_Ir , die daraus resultiert, dass die Rolle 30 mit der Fußfläche R_i kollidiert, und eine tangentiale Komponente F_It auf, die erzeugt wird, wenn die Rolle 30 mit der Eingriffszahnflanke bei Punkt TP kollidiert, wenn sich die Rolle in Richtung des Antriebskontakts bewegt. Es wird angenommen, dass der radiale Aufprall zuerst stattfindet und der tangentiale Aufprall nahezu gleichzeitig folgt. Es ist gezeigt, dass die Rollenaufprallgeschwindigkeit VA durch den Eingriffsflankentangentenpunkt TP wirkt und im Wesentlichen senkrecht zu diesem ist, wobei die Rolle 30 bei Punkt TP in Antriebskontakt steht.
Die Gleichung für die Aufprallenergie (E_A ) gilt nur für einen tangentialen Rollenaufprall während des Eingreifens. Der tatsächliche Rolleneingriff, angenommen, dass ein tangentialer und radialer Aufprall vorliegt, (der in jeder beliebigen Reihenfolge stattfindet) scheint sich daher von der Gleichung für die Aufprallenergie (E_A ) zu unterscheiden. Die Anwendung dieses quasi-statischen Modells, das in vorteilhafter Weise als Richtwerkzeug verwendet wird, ermöglicht eine Analyse der Merkmale, die modifiziert werden können, um die Aufprallenergie zu verringern, die während der tangentialen Rollen-Kettenrad-Kollision am Anfang des Eingreifens absorbiert werden muss. Die radiale Kollision während des Eingreifens und deren Auswirkung auf den Geräuschpegel können neben der Gleichung der Aufprallenergie (E_A ) berechnet werden.
Unter realen Bedingungen liegt als Folge von Merkmalsdimensionstoleranzen zwischen der Kette und dem Kettenrad normalerweise eine Teilungsfehlanpassung vor, wobei die. Fehlanpassung mit zunehmendem Verschleiß der Komponenten bei Gebrauch zunimmt. Durch diese Teilungsfehlanpassung wird der Punkt des Eingriffsaufpralls bewegt, wobei die radiale Kollision nach wie vor an der Fußfläche R_i , jedoch nicht notwendigerweise bei D₂ auftritt. Die tangentiale Kollision findet normalerweise in der Nähe von Punkt TP statt, jedoch kann dieser Kontakt hoch über der Eingriffsseite des Fußradius R_i oder sogar radial auswärts von Punkt TP auf dem Eingriffsflankenradius R_f in Funktion zur tatsächlichen Kette-Kettenrad-Teilungsfehlanpassung stattfinden.
Durch Verkleinern des Eingriffsflankendruckwinkels γ wird der Eingriffsgeräuschpegel, der mit Rollenkettenantrieben in Zusammenhang steht, verringert, wie mit Hilfe der oben angeführten Gleichung der Aufprallenergie (E_A ) vorausgesagt. 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 technisch möglich, jedoch nicht zu empfehlen. Dieses Profil erfordert, wie beschrieben, dass eine verschlissene Kette, wenn die Rolle um eine Kettenradumschlingung läuft (wie 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 der intermittierende oder vibrierende Kontakt zu dem mechanischen Breitbandgeräuschpegel bei, der zwischen einer verschlissenen Rollenkette und einem Kettenrad 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 nach 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 Höchstbelastungsbedingungen 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 Kettenrades 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 Kettenrades und sind daher frei, gegen die Fußflächen des Kettenrades 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, 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.
Sehnenwirkung oder Sehnenanstieg und -abfall ist ein weiterer wichtiger Faktor, der die Laufruhe und die Geräuschpegel eines Kettenantriebs, insbesondere bei höheren Drehzahlen, beeinflusst. Sehnenwirkung tritt auf, wenn die Kette während des Eingreifens von der freien Spanne her in das Kettenrad eintritt, und sie kann eine Bewegung der freien Kette in einer Richtung verursachen, die senkrecht zum Kettenweg, jedoch in derselben Ebene wie die Kette und die. Kettenräder verläuft. Diese auf Sehnenwirkung beruhende Kettenbewegung fügt dem Eingriffsgeräuschpegel eine unerwünschte Geräuschpegelkomponente hinzu, so dass es daher vorteilhaft ist, die Sehnenwirkung, die einem Rollenkettenantrieb inhärent ist, zu verringern.
4a und 4b veranschaulichen die Sehnenwirkung für ein Kettenrad gemäß ISO-606 mit 18 Zähnen und einer Zahnteilung entlang der Sehne von 9,525 mm. Der Sehnenanstieg 45 kann herkömmlicherweise als Verschiebung von der Kettenmittellinie definiert werden, wenn sich das Kettenrad durch einen Winkel A/2 dreht, wobei: Sehnenanstieg = rp – rc = rp[1 – cos(180°/Z] wobei r_c der Sehnenradius oder der Abstand vom Kettenradmittelpunkt zu einer Zahnsehne der Länge P ist; r_p der tatsächliche theoretische Rollradius ist und Z die Anzahl von Kettenradzähnen ist.
Es ist bekannt, dass eine Kette mit kurzem Gliedabstand, verglichen mit einer Kette mit längerem Gliedabstand, die einen gleichen Rollradius aufweist, eine verringerte Sehnenwirkung zeigt. 4a und 4b zeigen nur das Antriebskettenrad und gehen davon aus, dass ein angetriebenes Kettenrad (nicht gezeigt) ebenfalls 18 Zähne aufweist und phasengleich mit dem gezeigten Antriebskettenrad ist. Mit anderen Worten weisen beide Kettenräder bei T = 0 (4a) einen Zahnmittelpunkt in 12-Uhr-Position auf. Demgemäß weist die Kettenantriebsanordnung unter quasi-statischen Bedingungen einen oberen oder straffen Strang auf, der sich gleichmäßig um einen Abstand auf und ab bewegt, der dem des Sehnenanstiegs entspricht. Bei T = 0 befindet sich eine Rolle 46 am Anfang des Eingriffs, wobei die Zahnteilung entlang der Sehne P horizontal und auf einer Linie mit dem straffen Strang verläuft. Bei T = 0 + (A/2), (4b), hat sich die Rolle 46 in die 12-Uhr-Position bewegt.
Bei vielen Kettenantrieben weisen das Antriebskettenrad und das angetriebene Kettenrad eine unterschiedliche Größe auf und sind nicht notwendigerweise phasengleich. Die Kettenführung 26 (2) hat die Hauptaufgabe, Kettenstrangvibrationen in der freien Spanne zu kontrollieren. Die Geometrie der Führung-Ketten-Grenzfläche definiert ebenfalls die Länge der Kette der freien Spanne, über die die Bewegung des Sehnenanstiegs und -abfalls erlaubt ist. 5 ist eine vergrößerte Ansicht von 2, die die erste Rolle 28 am Anfang des Eingriffs und die zweite Rolle 30 als nächste Rolle, die in das Kettenrad 12 eingreifen wird, zeigt. In diesem Beispiel kontrolliert und führt die Kettenführung 26 den eingreifenden Abschnitt des straffen Strangs 22, abgesehen von fünf (5) nicht unterstützten oder "freien" Gliedteilungen, die sich zwischen der Kettenführung 26 und der Eingriffsrolle 28 erstrecken. Diese Länge nicht unterstützter Gliedteilungen für den eingreifenden Abschnitt oder straffen Strang 22 ist in diesem Beispiel horizontal, wenn sich die Rolle 28 in 12-Uhr-Position befindet.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 wird das Antriebskettenrad 12 im Uhrzeigersinn gedreht, um die Rolle 28 in eine neue Winkelposition (A/2) + w zu bewegen, wobei w der hinzugefügte Drehwinkel ist, der durch eine quasi-statische Eingriffsgeometrie mit der Rolle 28 bestimmt wird, die völlig aufsitzt, und sich Rolle 30 im Augenblick des Kettenradeingriffs befindet. Wie in 6 gezeigt, wird davon ausgegangen, dass die Rolle 28 aufsitzt und sich bei D₂ am Anfang des Eingriffs der Rolle 30 in hartem Kontakt mit der Fußfläche befindet, und es wird eine gerade Linie für die Kettenspanne on der Rolle 28 zu einem Kettenstiftmittelpunkt 48 angenommen, um den herum sich die nicht unterstützte oder "freie" Spanne von Stift 48 zur eingreifenden Rolle 30 drehen soll.
Als Folge der Sehnenwirkung ist die eingreifende freie Spanne nicht mehr horizontal, um die Rolleneingriffsgeometrie zu erfüllen. Dies steht im Gegensatz zu dem Kettenantrieb, der in 4a beschrieben ist, bei dem eine Sehnenwirkung verursacht, dass sich der straffe Strang gleichmäßig bewegt, jedoch auf einem horizontalen Weg, da das Antriebskettenrad und das angetriebene Kettenrad dieselbe Anzahl von Zähnen aufweisen und die Kettenradzähne phasengleich sind. Es wird angemerkt, dass die Annahme der geraden Linie nur für ein quasi-statisches Modell gilt. Das Ausmaß der Bewegung oder der Abweichung von der Annahme der geraden Linie steht in Funktion zur Antriebsdynamik, den Kettensteuervorrichtungen und der Antriebs- und Kettenradgeometrie. Die Position und Kettengrenzflächenkontur der Kettenführung 26 bestimmen die Anzahl der Teilungen der freien Spanne, um die als Folge des Sehnenanstiegs und -abfalls während des Rolleneingriffsprozesses eine Bewegung stattfindet.
Wie am besten in 7 ersichtlich ist und unter der Annahme, dass sich die Rollen 28 und 30 bei D₂ mit den Fußflächen des Kettenrades in hartem Kontakt befinden, ist der Sehnenanstieg die senkrechte Verschiebung des Mittelpunkts der Rolle 30 (der sich auf dem Rolldurchmesser PD befindet) vom Weg der straffen Spanne 22 weg, wenn sie sich von ihrer gezeigten anfänglichen Eingriffsposition zu der Position bewegt, die gegenwärtig von der Rolle 28 eingenommen wird.
Demgemäß ist es wünschenswert, ein neuartiges und verbessertes Rollenkettenantriebssystem zu schaffen, das die oben genannten Bedürfnisse erfüllt und die vorgenannten und andere Nachteile überwindet, während bessere und vorteilhaftere Ergebnisse bereitgestellt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Kettenrad offenbart. Das Kettenrad umfasst eine erste Vielzahl von Kettenradzähnen, die jeweils ein erstes asymmetrisches Zahnprofil aufweisen, das zur Bereitstellung eines tangentialen Kontakts mit einer ersten Rolle an einem Anfang des Eingriffs der ersten Rolle in das Kettenrad konstruiert ist, und eine zweite Vielzahl von Kettenradzähnen, die jeweils ein zweites asymmetrisches Zahnprofil aufweisen, das sich von dem ersten Zahnprofil unterscheidet, und zur Bereitstellung eines radialen Kontakts mit einer zweiten Rolle an einem Anfang des Eingriffs der zweiten Rolle in das Kettenrad konstruiert ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden. Erfindung wird ein unidirektionales Rollenkettenantriebssystem offenbart, das ein Kettenrad gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst.
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Modifikation einer Eingriffsaufprallfrequenz einer Rollenkette, die in ein Kettenrad eingreift, offenbart. Das Verfahren umfasst (a) das Drehen des Kettenrades, um eine erste Rolle der Rollenkette zu veranlassen, eine Eingriffsflanke eines ersten Kettenradzahns an einem Anfang des Eingriffs der ersten Rolle in den ersten Kettenradzahn tangential zu berühren, und (b) das Drehen des Kettenrades, um eine zweite Rolle der Rollenkette zu veranlassen, eine Fußfläche eines zweiten Kettenradzahns an einem Anfang des Eingriffs der zweiten Rolle in den zweiten Kettenradzahn radial zu berühren.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rollenkettenrades, das eine Flankenfläche auf einer eingreifenden Zahnfläche umfasst, wodurch der Wechsel eines Eingriffskontakts von einem ersten Zahnprofil zu einem zweiten Zahnprofil ermöglicht wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rollenkettenrades, das eine Flankenfläche auf einer eingreifenden Zahnfläche umfasst, wodurch eine zeitliche Verzögerung zwischen einem anfänglichen Kontakt zwischen der Rolle und dem ersten Kettenradzahnprofil und einem anfänglichen Kontakt zwischen der Rolle und dem zweiten Kettenradzahnprofil bewirkt wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rollenkettenrades, das eine Flankenfläche auf einer eingreifenden Zahnfläche eines ersten Zahnprofils umfasst, wodurch eine Phaseneinstellung einer Frequenz von anfänglichen Kontakten des ersten Zahnprofils zwischen der Rolle und der eingreifenden Flanke im Verhältnis zu anfänglichen Kontakten eines zweiten Zahnprofils zwischen der Rolle und der eingreifenden Flanke ermöglicht wird, um 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.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rollenkettenrades, das eine hinzugefügte Teilungsfehlanpassung zwischen dem Kettenrad und der Rollenkette umfasst, um einen "abgestuften" Rolle-Kettenrad-Aufprall zu ermöglichen.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rollenkettenrades, das eine geneigte Fußfläche auf einer Eingriffsflanke oder einer Auslaufflanke oder sowohl auf einer Eingriffsflanke als auch auf einer Auslaufflanke umfasst, um einen Zahnlückenabstand bereitzustellen.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rollenkettenrades, das das Aufprallgeräusch minimiert, das von einer Rolle-Kettenrad-Kollision während des Eingreifens erzeugt wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rollenkettenrades, das mechanische Breitbandgeräusche minimiert, die von unbelasteten Rollen in einer Kettenradumschlingung erzeugt werden.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rollenkettenrades, das einen "abgestuften" Rollen-Aufprall bereitstellt, wobei zuerst ein tangentialer Aufprall stattfindet, der von einem radialen Aufprall bei vollem Eingriff gefolgt wird.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rollenkettenrades, das den Rolleneingriff über ein bedeutendes Zeitintervall 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 Rollenkettenrades, das zwei Gruppen von Kettenradzähnen aufweist, die unterschiedliche Zahnprofile umfassen, die bei der Reduzierung von Kettenantriebssystemgeräuschpegeln unter einen Geräuschpegel, den eines der Zahnprofile, allein verwendet, erzeugen würde, mitwirken.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten nach der Lektüre und dem Verständnis der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung kann mittels unterschiedlicher Komponenten und Anordnungen von Komponenten sowie in verschiedenen Schritten und Anordnungen von Schritten Form annehmen. Die Zeichnungen dienen lediglich dem Zweck der Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform und sollen die Erfindung nicht einschränken.
1 veranschaulicht ein symmetrisches Zahnlückenprofil für ein Rollenkettenrad gemäß ISO-606;
2 ist ein exemplarisches Rollenkettenantriebssystem mit einem Antriebskettenrad gemäß ISO-606, einem angetriebenen Kettenrad und einer Rollenkette;
3 zeigt einen Eingriffsweg (gestrichelte Linie) und eine Rolle (durchgezogene Linie) in einer Antriebsposition, wenn sich ein Antriebskettenrad gemäß ISO-606 im Uhrzeigersinn dreht.
4a zeigt eine Rolle am Anfang des Eingriffs in ein exemplarisches Kettenrad mit 18 Zähnen;
4b zeigt das Antriebskettenrad aus 4a, das im Uhrzeigersinn gedreht wird, bis sich die Rolle in 12-Uhr-Position befindet;
5 ist eine vergrößerte Ansicht des Antriebskettenrads aus 2 mit einer völlig in einer Zahnlücke aufsitzenden Rolle und einer zweiten Rolle, die kurz davor steht, mit dem Antriebskettenrad in Eingriff zu kommen;
6 zeigt das Antriebskettenrad aus 5, das im Uhrzeigersinn gedreht wird, bis die zweite Rolle das Antriebskettenrad anfänglich berührt;
7 ist eine vergrößerte Ansicht von 6, die zeigt, dass die zweite Rolle eine Fußfläche des Antriebskettenrads unter theoretischen Bedingungen anfänglich berührt (d.h. radialer Aufprall);
8 veranschaulicht ein Rollenkettenantriebssystem mit einem Rollenkettenantriebskettenrad und einem angetriebenen Kettenrad, die die Merkmale der vorliegenden Erfindung umfassen;
9 veranschaulicht das Rollenkettenantriebskettenrad aus 8 mit einem asymmetrischen Zahnlückenprofil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine vergrößerte Ansicht des asymmetrischen Zahnlückenprofils aus 9, die eine Rolle in einem Zwei-Punkt-Kontakt mit dem Kettenrad zeigt;
11 zeigt einen Eingriffsweg (gestrichelte Linie) und den Augenblick eines völligen Eingriffs (durchgezogene Linie) einer Rolle, wenn sich das Antriebskettenrad aus 8 im Uhrzeigersinn dreht;
12 ist eine vergrößerte Ansicht des Antriebskettenrads aus 8, wobei eine erste Rolle in einer Zahnlücke völlig aufsitzt und eine zweite Rolle von der straffen Spanne der Rollenkette als nächste Rolle aufgenommen wird;
13 zeigt das Antriebskettenrad aus 12, das im Uhrzeigersinn gedreht wird, bis die zweite Rolle das Antriebskettenrad anfänglich berührt;
14 ist eine vergrößerte Ansicht von 13, die die erste Rolle in einem Zwei-Punkt-Kontakt und die zweite Rolle bei einem anfänglichen tangentialen Kontakt mit. dem Antriebskettenrad zeigt;
14a veranschaulicht den Verlauf der ersten und zweiten Rolle, wenn das Antriebskettenrad aus 14 im Uhrzeigersinn gedreht wird;
14b ist eine vergrößerte Ansicht des Antriebskettenrads aus 14, das im Uhrzeigersinn gedreht wird, um die zweite Rolle zum Moment des völligen Eingriffs bei einer 12-Uhr-Position zu drehen;
15 veranschaulicht ein Rollenkettenantriebskettenrad mit einem asymmetrischen Zahnlückenprofil gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 ist eine vergrößerte Teilansicht von 8, die den Kontaktverlauf zeigt, wenn die Rollen um die Antriebskettenradumschlingung laufen;
17 ist eine vergrößerte Ansicht einer Rolle, die aus der Kettenradumschlingung des Kettenrads aus 16 austritt;
18 veranschaulicht ein Rollenkettenrad mit einem asymmetrischen Zahnlückenprofil gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
19 veranschaulicht ein Rollenkettenrad mit einem asymmetrischen Zahnlückenprofil gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 ist eine Seitenansicht eines exemplarischen Rollenkettenrads mit unregelmäßigem Eingriff, das die Merkmale der vorliegenden Erfindung umfasst;
21 ist eine vergrößerte Ansicht des Kettenrads aus 20, das ein asymmetrisches Zahnlückenprofil zeigt, das eine Eingriffsflankenentlastung und einen Zahnlückenabstand gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
21a ist eine vergrößerte Ansicht des Kettenrads aus 21, die eine geneigte Fußfläche desselben zeigt, die eine Flankenentlastung und einen Zahnlückenabstand bereitstellt;
22 ist eine andere Ausführungsform der geneigten Fußfläche aus 21a, die lediglich Flankenentlastung bereitstellt;
23 veranschaulicht das asymmetrische Zahnlückenprofil aus 9, das von dem asymmetrischen Zahnlückenprofil aus 21 überlagert ist;
24 veranschaulicht den Eingriffsverlauf einer ersten Rolle und den Eingriff einer zweiten benachbarten Rolle in das Kettenrad aus 20, wenn das Kettenrad im Uhrzeigersinn gedreht wird;
25 veranschaulicht das Kettenrad aus 20 mit einer ersten Rolle in einem Zwei-Punkt-Kontakt, einer zweiten Rolle in einem anfänglichen tangentialen Kontakt und einer dritten Rolle kurz vor dem Eingriff in das Antriebskettenrad;
26 veranschaulicht das Kettenrad aus 25, das im Uhrzeigersinn gedreht wird, bis zum Moment des anfänglichen Eingriffs der dritten Rolle in eine Fußfläche des Kettenrads;
27 ist eine Tabelle, die Rollensitzwinkel α und Druckwinkel γ für eine Anzahl verschiedener Kettenradgrößen gemäß ISO-606 auflistet; und
28 ist eine Tabelle, die die maximalen Betawinkel (β) und die entsprechenden Druckwinkel γ für drei verschiedene asymmetrische Zahnlückenprofile (1–3) unterschiedlicher Kettenradgrößen auflistet.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf 8 umfasst ein Rollenkettenantriebssystem 110 ein -Antriebskettenrad 112 und ein angetriebenes Kettenrad 114, die die Merkmale der vorliegenden Erfindung umfassen. Das Rollenkettenantriebssystem 110 umfasst des Weiteren eine Rollenkette 116 mit einer Anzahl von Rollen 118, die in Kettenräder 112, 114 eingreifen und diese umschlingen. Die Rollenkette dreht sich im Uhrzeigersinn, wie durch Pfeil 11 gezeigt.
Die Rollenkette 116 weist zwei Spannen auf, die sich zwischen den Kettenrädern erstrecken, einen schlaffen Strang 120 und einen straffen Strang 122. Die Rollenkette 116 steht unter Spannung, wie durch die Pfeile 124 gezeigt. Ein mittlerer Abschnitt des straffen Strangs 122 kann mit einer Kettenführung 126 von dem angetriebenen Kettenrad 114 zu dem Antriebskettenrad 112 geführt werden. Eine erste Rolle 128 ist in einer 12-Uhr-Position vollständig auf dem Antriebskettenrad 112 aufsitzend gezeigt.
Eine zweite Rolle 130 befindet sich benachbart zu der ersten Rolle 128 und steht kurz davor, in das Antriebskettenrad 112 einzugreifen.
Um eine Beschreibung der asymmetrischen Zahnprofile der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird nur auf das Antriebskettenrad 112 Bezug genommen. Jedoch können die asymmetrischen Zahnprofile der vorliegenden Erfindung ebenso auf das angetriebene Kettenrad 114 sowie auf andere Arten von Kettenrädern, wie beispielsweise Kettenspannräder und Kettenräder, die mit in entgegengesetzter Richtung drehenden Ausgleichswellen verbunden sind, angewendet werden.
Unter Bezugnahme auf 9 und 10 umfasst das Kettenrad 112 einen ersten Zahn 132 mit einer Eingriffsflanke 134 und einen zweiten Zahn 136 mit einer Auslauf- oder Ausrückflanke 138. Die Eingriffsflanke 134 und die Auslaufflanke 138 wirken zusammen, um eine Zahnlücke 140 abzugrenzen, die die Eingriffsrolle 128 aufnimmt (mit gestrichelter Linie dargestellt}. Die Eingriffsrolle 128 weist einen Rollendurchmesser D₁ auf und ist vollständig in Zwei-Punkt-Kontakt in der Zahnlücke 140 aufsitzend gezeigt, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Insbesondere berührt die Eingriffsrolle 128, wenn sie vollständig in der Zahnlücke aufsitzt, zwei Linien B und C, die sich axial entlang jeder Kettenzahnoberfläche oder Kettenzahnfläche erstrecken (d. h. in einer Richtung, die rechtwinklig zur Ebene der Zeichnungen verläuft). Um jedoch eine Beschreibung davon zu erleichtern, werden die Linien A, B und C im Folgenden als Kontaktpunkte mit der Zahnlücke gezeigt und bezeichnet.
Die Eingriffsflanke 134 weist einen Radius R_f auf, der tangential zu einem radialen äußeren Ende einer Flankenebene 144 verläuft. Der asymmetrisch eingreifende Flankenradius R_f ist kleiner als der Radius R_fISO , der durch den ISO-Standard 606 spezifiziert ist. Jedoch sollte die Größe des asymmetrisch eingreifenden Flankenradius R_f so groß wie möglich sein, während sie gleichzeitig noch die Geometrie des Rolleneingriffs (Eingreifens) und -ausrückens erfüllen sollte. Die Position der Flankenebene 144 wird durch einen Winkel β bestimmt, wobei die Ausrichtung der Ebene senkrecht oder vertikal zu einer Linie ist, die durch Punkt B und die Mitte der Rolle 128 verläuft, wenn die Rolle das Kettenrad an den Punkten B und C berührt. Die Länge der Flankenebene, die sich von Punkt B radial auswärts erstreckt, beeinflusst eine Zeitverzögerung zwischen einem anfänglichen tangentialen Aufprall zwischen dem Kettenrad 112 und der Rolle 128 an einem ersten Kontaktpunkt A entlang der Flankenebene 144 und einem nachfolgenden radialen Aufprall an Punkt C. Es wird angenommen, dass die Rolle von ihrem anfänglichen tangentialen Kontakt an Punkt A in Kontakt mit der Flankenebene bleibt, bis sich die Rolle zu einer Zwei-Punkt-Kontaktposition mit vollem Eingriff an den Punkten B und C bewegt. Der Druckwinkel γ, das Ausmaß an Teilungsfehlanpassung zwischen der Kette und dem Kettenrad und die Länge der Flankenebene können variiert werden, um einen gewünschten anfänglichen Rollenkontaktpunkt A am Anfang des Eingriffs zwischen Rolle und Kettenrad zu erreichen.
Es ist ersichtlich, dass der (tangentiale) Flankenkontakt stets zuerst auftritt und der radiale Kontakt daraufhin stets an Punkt C auftritt, unabhängig von der Kettenteilungslänge. Im Gegensatz dazu muss sich bei bekannten Zahnlückenprofilen (z. B. gemäß ISO-606 und asymmetrischen Zahnlückenprofilen), die einen Ein-Punkt-Kontakt (z. B. einen Ein-Linien-Kontakt) umfassen, eine Eingriffsrolle in eine Antriebsposition bewegen, nachdem sie radialen Kontakt hergestellt hat. Der Druckwinkel γ nimmt daher an; dass die Eingriffsrolle an dem Tangentenpunkt des Flankenradius/Fußradius Kontakt herstellt. Daher ist die Eingriffskontaktposition der bekannten Einzelpunkt- bzw. Einzellinien-Zahnlückenprofile „teilungsempfindlich", um zu bestimmen, ob sowohl der radiale Aufprall als auch der tangentiale Aufprall auftritt.
Der Eingriffsflanken-Rollensitzwinkel β (9) und ein Ausrückflanken-Rollensitzwinkel β' ersetzen den Rollensitzwinkel α gemäß ISO-606 (das ISO-Profil ist mit gestrichelter Linie dargestellt). Der Druckwinkel γ ist eine Funktion des Eingriffsflanken-Rollensitzwinkels β. Das heißt, wenn β zunimmt, nimmt γ ab. Ein asymmetrischer Mindestdruckwinkel kann aus der folgenden Gleichung bestimmt werden: γmin = βmax – (αmax/2 + γISOmin)
Daher ist ein asymmetrischer Druckwinkel γ_min = 0, wenn β_max = (α_max/2 + γ_ISOmin), wie in 28 veranschaulicht. 28 listet die Höchst-Beta(β)-Winkel und die entsprechenden Druckwinkel (γ) für mehrere Kettenradgrößen von drei verschiedenen asymmetrischen Zahnlückenprofilen (1–3) auf. Es ist ersichtlich, dass eine Verkleinerung des Eingriffsflanken-Druckwinkels γ die Tangentialaufprallkraftkomponente F_IA (14) und damit den Tangentialaufprallgeräuschbeitrag zum Gesamtgeräuschpegel am Anfang des Eingriffs verringert.
Das bedeutet, dass die Aufprallkraft F_IA eine Funktion der Aufprallgeschwindigkeit ist, 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. Ein Mindestdruckwinkel γ ermöglicht ebenfalls eine größere Trennung oder einen größeren Abstand zwischen den Tangentialkontaktpunkten A und B, um die „Eingriffsabstufung" weiter zu erhöhen oder zu maximieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform liegt der Eingriffsflanken-Druckwinkel γ im Bereich von etwa –2,0° bis etwa +5°, um den abgestuften Aufprall zwischen der Rolle und dem Kettenrad zu optimieren.
Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der Rollensitzwinkel β größer als ISO α_max/2 bei einer Bedingung mit größtem Materialumfang, und β kann eingestellt werden, bis ein gewünschter Eingriffsflanken-Druckwinkel γ erreicht ist. Zum Beispiel stellt der Rollensitzwinkel β aus 9 einen Druckwinkel γ bereit, der kleiner als null oder ein negativer Wert ist. Der negative Druckwinkel γ ist am besten in 11 in der Gegenüberstellung mit dem Zahnprofil gemäß ISO-606 aus 3 mit einem positiven Druckwinkel γ ersichtlich. Es wird angenommen, dass ein kleiner negativer Druckwinkel für die theoretische Ketten-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 Eingriffsflanken-Rollensitzwinkel β vorteilhafterweise so eingestellt werden, dass er jeden beliebigen Eingriffsflanken-Druckwinkel γ bereitstellt, der einen Wert aufweist, der kleiner ist als der Mindestdruckwinkel gemäß ISO-606.
Wiederum unter Bezugnahme auf 9 und 10 verläuft ein erster Fußradius R_i tangential zu einem radial inneren Ende der Flankenebene 144 und tangential zu einem radial äußeren Ende einer geneigten Fußfläche 146. Wie am besten aus 10 ersichtlich, muss ein Höchstfußradius R_i gleich einem oder kleiner als ein Mindestrollenradius 0,5 D₁ sein, um den Zwei-Punkt-Kontakt mit vollem Eingriff bzw. den Linienkontakt mit vollem Eingriff an den Punkten B und C zu ermöglichen. Demgemäß wird dadurch ein kleiner Abstand zwischen R_i an der Eingriffsflanke 134 und der Rolle 128 an dem Zwei-Punkt/Linien-Eingriff definiert. Die Flankenebene 144 und die geneigte Fußfläche 146 erstrecken sich notwendigerweise jeweils innerhalb der Punkte B und C, um den Zwei-Punkt-Rollenkontakt bzw. Linien-Rollenkontakt am Eingriff sowie den erforderlichen Abstand R_i zur Rolle 128 zu ermöglichen. Ein zweiter Fußradius R_i' verläuft tangential zu einem radial inneren Ende der geneigten Fußfläche 146 bei Linie 150. Die Auslaufflanke weist einen Radius R_f' auf, dessen Bogenmitte definiert wird, indem der Seitenrollensitzwinkel β' ausgerückt wird. Der Radius R_f' kann einen Wert im Bereich von ISO-606 aufweisen.
Die geneigte Fußfläche 146 ist eine flache Fläche mit einer finiten Länge, die einen Zahnzwischenraum (TSC) abgrenzt. Der Zahnzwischenraum gleicht eine Kettenteilungslängung oder eine Kettenabnutzung aus, indem er einen spezifischen Grad an Kettenteilungslängung ΔP aufnimmt. Mit anderen Worten ermöglicht der Zahnzwischenraum TSC, dass Rollen einer abgenutzten Kette in hartem Kontakt mit der geneigten Fußfläche der Kettenradzähne gehalten werden. Zusätzlich ermöglicht die geneigte Fußfläche 146 die Verringerung der radialen Reaktionskraft, wodurch der Geräuschbeitrag des radialen Aufpralls der Rolle zum Gesamtgeräuschpegel verringert wird.
Die geneigte Fußfläche 146 kann in jedem beliebigen Winkel ɸ geneigt sein, der notwendig ist, um eine spezifische Kettenantriebsgeometrie und Kettenteilungslängung zu erfüllen. Wie in 9 gezeigt, wird der Winkel ɸ der geneigten Fußfläche von einer Linie 152 gemessen, die durch die Mitte der Rolle 128 und die Mitte des Kettenrads zu einer zweiten Linie 154 verläuft, die ebenfalls durch die Mitte der Rolle 128 und durch Punkt C verläuft. Die geneigte Fußfläche 146 befindet sich senkrecht zur Linie 154, und die geneigte Fußfläche erstreckt sich radial einwärts zur Linie 150, wo sie tangential zu R_i' verläuft. In der beschriebenen Ausführungsform liegt der Winkel ? der geneigten Fußfläche vorzugsweise im Bereich von etwa 20° bis etwa 35°.
12 ist eine vergrößerte Ansicht von 8, die die erste Rolle 128 in vollem Eingriff in Zwei-Punkt- bzw. Linienkontakt über die Dicke oder Breite des Kettenradzahnprofils und die zweite Rolle 130 als die nächste Rolle, die gerade anfängt, in das Kettenrad 112 einzugreifen, zeigt. Wie bei dem Antriebssystem 10 gemäß ISO-606 steuert und führt die Kettenführung 126 einen mittleren Abschnitt des straffen Strangs 122, abgesehen von fünf ungestützten Gliedteilungen, die sich zwischen der Kettenführung 126 und der Eingriffsrolle 128 erstrecken (sowie abgesehen von den ungestützten Gliedteilungen, die sich zwischen dem angetriebenen Kettenrad und der Kettenführung erstrecken). Der straffe Strang 122 ist horizontal, wenn sich die Rolle 128 in der 12-Uhr-Position befindet.
13 zeigt das Antriebskettenrad 112, das im Uhrzeigersinn (A/2) + w gedreht wird, wie durch den Augenblick des Kettenradeingriffs durch die Rolle 130 bestimmt. Es wird eine gerade Linie für die Kettenspanne von der Rolle 128 zu einer Kettenstiftmitte 156 angenommen, um die sich die ungestützte Spanne von der Stiftmitte 156 zur Eingriffsrolle 130 drehen soll. Es ist ersichtlich, dass die Annahme einer geraden Linie nur in einem quasi-statischen Modell gültig ist. Das zuvor erwähnte Bewegungsausmaß (oder die Abweichung von der Annahme der geraden Linie) ist sowohl eine Funktion der Antriebsdynamik als auch der Antriebs- und Kettenradgeometrie.
Der Kettenradkontakt am Anfang des Eingriffs für die Rolle 130 tritt früher auf als für das Gegenstück nach ISO-606, wodurch das Ausmaß an Sehnenerhebung verringert und, ebenso wichtig, ermöglicht wird, dass der anfängliche Kontakt vorteilhafterweise in einem gewünschten Druckwinkel γ auf der Eingriffsflanke an Punkt A auftritt. Des Weiteren tritt der radiale Kettenradkontakt für die Rolle 130 mit seinem Beitrag zum Gesamtgeräuschpegel nicht auf, bevor die Kettenraddrehung die Rolle 130 in der 12-Uhr-Position anordnet. Dies wird als abgestufter Eingriff bezeichnet.
14, eine vergrößerte Ansicht von 13, zeigt den Anfang des Eingriffs für die Rolle 130 deutlicher. Es wird angenommen, dass die Rolle 128 knapp vor dem Anfang des Eingriffs die Last des gesamten straffen Strangs F_TB + F_ɸ trägt, wobei die Last als Kraftvektorpfeile gezeigt ist. Tatsächlich stellen die Pfeile Reaktionskräfte auf die Kettenkraft des straffen Strangs dar. Beim Augenblick des Eingriffs für die Rolle 130 tritt ein Tangentialaufprall auf, wie durch den Aufprallkraftvektor F_IA angezeigt. Der Tangentialaufprall ist nicht gleich der Kettenbelastung des straffen Strangs. Insbesondere steht die Aufpralllast oder Aufprallkraft im Verhältnis zu der Aufprallgeschwindigkeit V_A. Es ist bekannt, dass ein Aufprall während eines Zusammenstoßes von zwei Körpern auftritt, was zu relativ großen Kräften über ein vergleichsweise kurzes Zeitintervall hinweg führt. Ein Radialaufprallkraftvektor F_IC ist nur als Umriss gezeigt, da der radiale Aufprall nicht auftritt, bevor sich das Kettenrad genügend gedreht hat, um die Rolle 130 in einer 12-Uhr-Position anzuordnen.
14a zeigt dieselben Rollenpositionen (mit durchgezogener Linie) für die Rolle 128 und 130, wie in 14 gezeigt, zeigt jedoch zusätzlich die Rollenpositionen (mit gestrichelter Linie) im Verhältnis zum Kettenradprofil, wenn die Rolle 130 ihren Zwei- Punkt- bzw. Linieneingriff in der 12-Uhr-Position erreicht. Als Folge der Teilungsfehlanpassung zwischen der Kette und dem Kettenrad muss sich die Rolle 128 in eine neue Position bewegen. Insbesondere schreitet die Rolle 128 in ihrer Zahnlücke vorwärts, wenn sich die Rolle 130 von anfänglichem Kontakt zu vollem Eingriff bewegt. Kleine Zwischenräume in den Kettengelenken verringern jedoch das Ausmaß des Vorwärtsschreitens, das für die Rolle 128 erforderlich ist. Am Anfang des Eingriffs tritt ebenfalls der Anfang der Lastübertragung des straffen Strangs von der Rolle 128 zur Rolle 130 auf.
Das asymmetrische Profil stellt den zuvor beschriebenen „abgestuften" Eingriff bereit. Wiederum unter Bezugnahme auf 14 tritt insbesondere der tangentiale Kontakt an Punkt A am Anfang des Eingriffs mit seiner dazugehörigen Aufprallkraft F_IA auf. Es wird angenommen, dass die Rolle 130 in hartem Kontakt mit der Eingriffsflanke 134 bleibt, wenn die Kettenraddrehung die Rolle in vollen Eingriff mit dem resultierenden radialen Kontakt an Punkt C bewegt. Die radiale Aufprallkraft F_IC (Kraftvektor als Umriss gezeigt) tritt nicht auf, bevor sich das Kettenrad genügend gedreht hat, um die Rolle 130 an Punkt C in radialen Kontakt zu bringen.
14b ist eine vergrößerte Ansicht von 14, abgesehen davon, dass das Kettenrad 112 gedreht wurde, so dass die Rolle 130 bis zum Augenblick des vollen Eingriffs in die 12-Uhr-Position vorgerückt ist. In diesem Augenblick des vollen Eingriffs tritt die radiale Aufprallkraft F_IC auf, und es wird angenommen, dass die Lastübertragung des straffen Strangs abgeschlossen ist. Im Augenblick des radialen Zusammenstoßes durch die Rolle 130 an Punkt C mit der resultierenden radialen Aufprallkraft F_IC ist die tangentiale Aufprallkraft von F_IA bereits aufgetreten und ist daher nicht länger ein Faktor. Die Zeitverzögerung („abgestufter" Eingriff) zwischen dem tangentialen und dem radialen Zusammenstoß von Rolle und Kettenrad breitet die Aufprallenergie wirksam aus, die während des Eingriffsverfahrens über ein größeres Zeitintervall hinweg aufgenommen werden muss, wodurch ihr Beitrag zum erzeugten Geräuschpegel bei der Eingriffsfrequenz verringert wird. Zusätzlich wird angenommen, dass das vorliegende asymmetrische Kettenzahnprofil in vorteilhafter Weise eine eher stufenweise Lastübertragung des straffen Strangs von einer in vollständigem Eingriff befindlichen Rolle 128 zu einer Eingriffsrolle 130 ermöglicht, wenn sich die Eingriffsrolle 130 von ihrem anfänglichen Eingriff an Punkt A zu ihrer Zwei-Punkt-Position mit vollem Eingriff bewegt.
Wiederum unter Bezugnahme auf 14 ist die Sehnenerhebung (und der Sehnenabfall) bei dem vorliegenden asymmetrischen Profil die senkrechte Verschiebung der Mitte der Rolle 130 von dem Weg des straffen Strangs 122, wenn er sich von seinem anfänglichen Eingriffskontaktpunkt A zu der Eingriffsposition bewegt, die gegenwärtig von der Rolle 128 eingenommen wird. Es wird angenommen, dass die Rolle 130 in hartem Kontakt mit der Eingriffsflanke 134 bleibt, wenn sich die Rolle von dem anfänglichen tangentialen Kontakt zu vollem Eingriff bewegt, und dementsprechend die Sehnenerhebung verringert wird, wenn sich der Abstand zwischen Punkt A und B vergrößert. Wie in 14 gezeigt, ist die Kettenteilung P_C vorteilhafterweise größer als die Zahnteilung entlang der Sehne P_s des Kettenrads 112.
Unter Bezugnahme auf 15 kann die Länge der geneigten Fußfläche 146 (10) auf null (0) verringert werden, wodurch die geneigte Fußfläche 146 beseitigt wird und ermöglicht wird, dass der Fußradius R_i' tangential zur Fußfläche und zur Rolle 128 an Punkt C verläuft. Das heißt, R_i' verläuft tangential zu einer kurzen Fläche an Punkt C, und die Fläche verläuft tangential zu R_i . Wenn die geneigte Fußfläche 146 beseitigt ist, würde der Eingriffsflanken-Druckwinkel γ im Allgemeinen im Bereich eines positiven Wertes bis null, jedoch normalerweise nicht unter null liegen. Der Grund dafür ist, dass ein negativer Wert γ eine Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne erfordert, so dass die Rolle aus der Kettenrad-Umschlingung 60 austreten kann (16), ohne R_f zu beeinträchtigen.
16 zeigt den Rollenkontakt mit dem Profil des Kettenrads 112 für sämtliche Rollen in der Umschlingung 60. Die Rolle 128 befindet sich, wie gezeigt, in vollem Zwei-Punkt-Eingriff. Die Linie 160 zeigt den Kontaktpunkt für jede der Rollen sowie den fortschreitenden Kontakt, wenn sich die Rollen um die Umschlingung herum bewegen. Die inhärente Teilungsfehlanpassung zwischen dem Kettenrad und der Rollenkette verursacht; dass die Rollen die Auslaufseitenflanke heraufwandern, wenn die Rollen um die Kettenradumschlingung herum fortschreiten. Bei Hinzufügung einer nennenswerten Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne wird das Ausmaß, in dem die Rollen die Auslaufseitenflanke heraufwandern, vergrößert.
Es ist wichtig, zu bemerken, dass eine Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne erforderlich ist, wenn der Druckwinkel γ einen negativen Wert aufweist. Sonst würde die Rolle 136, wie in 16 und 17 gezeigt, in die Eingriffsflanke (bei einem Kettenrad mit dem größten Materialumfang und einer [kürzesten] Kette mit theoretischer Teilung) eingreifen, wenn sie aus der Umschlingung 60 zurück in die Spanne austritt. Das heißt, die Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne ermöglicht der Rolle 136, mit einem Zwischenraum 163 für die Eingriffsflanke aus der Umschlingung 60 auszutreten. Die verringerte Zahnteilung entlang der Sehne unterstützt ebenfalls den abgestuften Eingriff, wie zuvor erwähnt. 17, die den fortschreitenden Rollenkontakt in der Umschlingung 60 zeigt, dient ebenfalls dazu, zu zeigen, warum der stumpfe Winkel β' und der Zahnzwischenraum TSC die Aufrechterhaltung des „harten" Rollen-Kettenrad-Kontakts für die Rollen in der Umschlingung unterstützen.
Zusätzlich kann der Ausrückflanken-Rollensitzwinkel β' (9) so eingestellt werden, dass er einen Höchstwert aufweist, der gleich α_min/2 ist oder sogar weniger beträgt. Dieser verkleinerte Rollensitzwinkel 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. Dementsprechend sollte die Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne, wenn sie in dieser Ausführungsform verwendet wird, einen kleinen Wert aufweisen.
Es wird in Betracht gezogen, dass die oben beschriebenen Eigenschaften des asymmetrischen Zahnprofils verändert werden können, ohne wesentlich von der Kinematik des Ketten- und Kettenradeingriffs abzuweichen, die die Vorteile der Geräuschverringerung der vorliegenden Erfindung erzeugen. Zum Beispiel könnte das asymmetrische Eingriffsflankenprofil durch eine Evolventenform angenähert werden, und das asymmetrische Ausrückflankenprofil könnte durch eine andere Evolventenform angenähert werden. Leichte Veränderungen der asymmetrischen Zahnprofile können aus Gründen der Herstellung oder der Qualitätskontrolle oder einfach zur Verbesserung der Abmessungen der Teile vorgenommen werden. Diese Veränderungen liegen im Bereich der Erfindung, wie sie hierin offenbart ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die geneigte Eingriffsflankenfußfläche 146 (9) durch eine geneigte Auslaufflankenfußfläche 164 ersetzt werden, wie in 18 gezeigt. Die geneigte Auslaufflankenfußfläche 164 stellt in derselben Weise, wie oben hinsichtlich der geneigten Fußfläche 146 beschrieben, einen Zahnzwischenraum (TSC) bereit. Zusätzlich bewegt die geneigte Eingriffsflankenfußfläche 164 die Rolle vorteilhafterweise zu einer bevorzugten radial auswärts gelegenen Position, wenn sich die Kette abnutzt.
Alternativ kann die geneigte Auslaufflankenfußfläche 164 in der geneigten Eingriffsflankenfußfläche 146 enthalten sein, wie in 19 gezeigt. Die geneigte Eingriffsflankenfußfläche und die geneigte Auslaufflankenfußfläche 146, 164 wirken zusammen, um in derselben Weise, wie zuvor beschrieben, einen Zahnzwischenraum (TSC) bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 20 kann nun jede der oben beschriebenen Ausführungsformen des asymmetrischen Zahnprofils aus 9, 15, 18 und 19 in ein Rollenkettenrad 300 mit unregelmäßigem Eingriff integriert sein. Das Kettenrad 300 ist als ein Kettenrad mit 18 Zähnen gezeigt. Jedoch kann das Kettenrad 300 nach Bedarf mehr oder weniger Zähne aufweisen. Das Kettenrad 300 umfasst eine erste Gruppe beliebig angeordneter Kettenradzähne 302, von denen jeder ein Profil aufweist, das die Flankenebene 144 umfasst, die in 9, 15, 18 und 19 gezeigt ist. Des Weiteren können die Kettenradzähne 302 keine, eine oder beide geneigten Fußflächen 146, 164 aufweisen, wie in 9, 15, 18 und 19 gezeigt. Die restlichen Kettenradzähne 304 (Kettenradzähne 1, 3, 4, 9, 13, 14 und 16) sind unregelmäßig um das Kettenrad angeordnet und umfassen ein anderes Zahnprofil als die erste Gruppe vor Kettenradzähnen 302. Wie weiter unten beschrieben, arbeiten die erste und zweite Gruppe von Kettenradzähnen 302, 304 zusammen, um die Geräuschpegel des Kettenantriebssystems auf unterhalb eines Geräuschpegels zu verringern, den jedes Zahnprofil erzeugen würde, wenn es alleine verwendet würde.
21 veranschaulicht ein beispielhaftes Zahnprofil für einen der Kettenradzähne 304. Eine Eingriffsflanke 306 und eine Auslauf- oder Ausrückflanke 308 eines benachbarten Zahns wirken zusammen, um eine Zahnlücke 310 abzugrenzen, die eine Eingriffsrolle 314 aufnimmt (mit gestrichelter Linie dargestellt). Die Eingriffsrolle 314 weist einen Rollendurchmesser D₁ auf und ist mit einem Ein-Punkt-(Linien)-Kontakt in der Zahnlücke 310 voll aufsitzend gezeigt. Wie am besten aus 21a ersichtlich, berührt die Eingriffsrolle 314 die Eingriffsflanke 306 am Anfang des Eingriffs nicht, sondern bewegt sich stattdessen direkt von der Spanne zum Volleingriffsfußkontakt auf einer geneigten Fußfläche 316 an einem Kontaktpunkt C', der radial auswärts von Kontaktpunkt C in einer Richtung zur Eingriffsflanke 306 hin angeordnet ist. Der Kontaktpunkt C' ist eine Rolle-Zahn-Kontaktlinie, die sich axial entlang jeder Kettenradzahnfläche erstreckt (d. h. in einer Richtung, die senkrecht zur Ebene der Zeichnungen verläuft).
Wie in 21 und 21a gezeigt, verläuft der erste oder Eingriffsfußradius R_i tangential zur geneigten Fußfläche 316 an der Linie 319 und ebenfalls tangential zu R_f, wie durch den Winkel β definiert. Der Winkel β weist keine funktionellen Anforderungen speziell für den Anfang des Rolleneingriffs auf, da der Rollen-Flanken-Kontakt bei Zahnprofil 304 nicht stattfindet. Es wird angemerkt, dass R_i gleich dem Fußradius gemäß ISO 606 für das Zahnprofil 304 sein kann.
Die Länge der geneigten Fußfläche von Punkt C zu ihrem radial äußeren Ende an der Linie 319 wird durch das Ausmaß des Flankenversatzes bestimmt, die erforderlich ist, um sicherzustellen, dass die Rolle keinen Eingriffsflankenkontakt für jede zu erwartende Kettenteilungslängung (Verschleiß) während ihrer Konstruktionslebensdauer hat. Bei der bevorzugten Ausführungsform liegt der Flankenversatz 323 im Bereich von etwa 0,025 bis etwa 0,13 mm. Der Flankenversatz 323 ist eine Verlängerung der geneigten Fußfläche 316, die in derselben Weise, wie oben unter Bezugnahme auf die geneigte Fußfläche 146 beschrieben, einen Zahnzwischenraum (TSC) bereitstellt.
Wie zuvor erwähnt, gleicht der Zahnzwischenraum eine Kettenteilungslängung oder einen Kettenverschleiß aus, indem er einen spezifischen Grad von Kettenteilungslängung aufnimmt. Mit anderen Worten ermöglicht der Zahnzwischenraum TSC, dass Rollen einer verschlissenen Kette in hartem Kontakt mit der geneigten Fußfläche der Kettenradzähne gehalten werden. Zusätzlich ermöglicht die geneigte Fußfläche 316 die Verringerung der radialen Reaktionskraft, wodurch der Geräuschbeitrag des radialen Aufpralls der Rolle zum Gesamtgeräuschpegel verringert wird.
Die geneigte Fußfläche 316 kann in einem Winkel ɸ geneigt sein, der notwendig ist, um eine spezifische Kettenantriebsgeometrie und Kettenteilungslängung zu erfüllen. Der Winkel ɸ der geneigten Fußfläche wird von einer Linie 320 gemessen, die durch die Mitte der Rolle 314 und die Mitte des Kettenrads zu einer zweiten Linie 322 verläuft, die ebenfalls durch die Mitte der Rolle 314 und durch den Kontaktpunkt C verläuft. Die geneigte Fußfläche 316 verläuft senkrecht zur Linie 322, und die geneigte Fußfläche erstreckt sich radial einwärts zur Linie 318, wo sie tangential zu R_i' verläuft. Bei der beschriebenen Ausführungsform liegt der Winkel ɸ der geneigten Fußfläche vorzugsweise im Bereich von etwa 20° bis etwa 35°.
22 zeigt eine andere Ausführungsform des Zahnprofils 304, wobei kein Zahnzwischenraum TSC bereitgestellt ist. Das heißt, der flache Oberflächenabschnitt der geneigten Fußfläche von Linie 318 bis zur Linie 322 ist nicht vorhanden. Daher ist das Profil des Zahns 304 vom Punkt C zum Außen- oder Spitzendurchmesser an der Ausrückseite der Zahnlücke im Wesentlichen identisch mit dem in 15 gezeigten Zahnprofil. Der restliche flache Oberflächenabschnitt 323 der geneigten Fußfläche 316 von Linie 322 zur Linie 329 übt nur die Funktion aus, den Eingriffsflankenversatz bereitzustellen, wie oben beschrieben.
Es ist ersichtlich, dass der Abschnitt der geneigten Fußfläche der Eingriffsflanke von Linie 318 zu Linie 322 wie in 18 durch eine geneigte Fußfläche 164 der Auslaufflanke ersetzt werden kann. Das heißt, dass Zahnprofil 304 kann im Wesentlichen identisch mit dem Kettenrad 112 sein, das in 18 von Kontaktpunkt C zum Außendurchmesser der Auslaufflanke 138 gezeigt ist. Die geneigte Fußfläche 164 der Auslaufflanke stellt in derselben Weise wie die geneigte Fußfläche 316 einen Zahnzwischenraum (TSC) bereit. Zusätzlich bewegt die geneigte Fußfläche der Auslaufflanke vorteilhafterweise die Rolle in eine bevorzugte, radial auswärts befindliche Position, wenn sich die Kette abnutzt. Alternativ kann die geneigte Fußfläche 164 der Auslaufflanke wie in 19 in der geneigten Fußfläche 316 der Eingriffsflanke enthalten sein. Dementsprechend kann das Zahnprofil 304 ebenfalls im Wesentlichen identisch mit dem Kettenrad 112 sein, das in 19 von Kontaktpunkt C zum Außendurchmesser der Auslaufflanke 138 gezeigt ist.
Teilungsfehlanpassung ist in einer Kette-Kettenrad-Grenzfläche inhärent, außer unter einer Bedingung – der theoretischen Bedingung, die als Kette an ihrem kürzesten Gliedabstand (kürzester theoretischer Gliedabstand) 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 vewendet wird – oder mit anderen Worten ein Kettenrad mit einem Mindestprofil. Dieser Grenzwert erzeugt die größte Teilungsfehlanpassung. Der Teilungsfehlanpassungsbereich wird daher durch die Teileigenschafts-Toleranzwerte bestimmt.
Es kann eine zusätzliche Teilungsfehlanpassung eingeführt werden, um eine größere Zeitverzögerung oder einen „abgestuften" Eingriff zwischen dem anfänglichen tangentialen Kontakt an Punkt A und dem voll aufsitzenden Kontakt an den Punkten B und C für das Zahnprofil 302 zu ermöglichen. Es ist ersichtlich, dass der „abgestufte" Kontakt für das Profil 302 aufgrund der Flankenfläche 144 verbessert wird, die verursacht, dass der anfängliche Kontakt weiter oben auf der Eingriffsflanke auftritt. Dies führt zu verringerten Eingriffsfrequenzgeräuschpegeln, da der Punkt und der Rhythmus der anfänglichen Rolle-Kettenrad-Kontakte für jedes Zahnprofil 302, 304 verändert werden, da das Profil 304 keinen tangentialen Kontakt hat.
Die Zahnteilung entlang der Sehne des Kettenrades 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 Zwischenraum 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 etwa 0,005 bis etwa 0,030 mm.
Der abgestufte Rollenkontakt für das Zahnprofil 302 kann weiter unterstützt werden, indem ein Kettenradzahn-Druckwinkel γ bereitgestellt wird, der wesentlich kleiner ist als der Standard ISO-606. Es werden Druckwinkel γ, die gleich oder fast gleich null (0) sind, oder sogar negative Druckwinkel in Betracht gezogen.
23 veranschaulicht das Zahnprofil 304 mit darüberliegendem Zahnprofil 302. Eine Eingriffsrolle ist am Anfang des anfänglichen tangentialen Kontakts an Punkt A entlang der Eingriffsflanke des Zahnprofils 302 gezeigt. Die Eingriffsrolle hält den Kontakt mit der Eingriffsflanke aufrecht, bis sie sich in vollständigem Eingriff befindet und an den Punkten B und C aufsitzt, wie zuvor unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Das Zahnprofil 304 liegt über dem Zahnprofil 302, um zu zeigen, dass eine Eingriffsrolle nur einen radialen Kontakt auf der geneigten Fußfläche des Zahnprofils 304 aufweist (siehe 21a und 22) und keinen tangentialen Kontakt mit dem Zahnprofil 304 hat.
Der Druckwinkel γ für das Zahnprofil 304 hat am Anfang des Rolleneingriffs keinen funktionellen Zweck, da die Rolle die Eingriffsflanke nicht berührt. Der Druckwinkel γ₃₀₂ für das Zahnprofil 302 ist als negativer Wert gezeigt. Daher kann γ_min ein kleiner negativer Wert sein und γ_maX kann ein positiver Wert sein, der einem Wert entspricht, der kleiner als der Mindestdruckwinkel γ gemäß ISO-606 ist. Als Folge davon tritt der anfängliche Rolle-Kettenrad-Kontakt für das Zahnprofil 302 des Kettenrads 300 (20) an Punkt A auf, gefolgt von einen vollständigen Eingriffskontakt an den Punkten B und C. Das Kettenrad 300 kann eine zusätzliche Verringerung der Zahnteilung entlang der Sehne umfassen oder auch nicht umfassen, und es kann einen Zahnzwischenraum (TSC), wie oben beschrieben, umfassen oder auch nicht umfassen.
24 zeigt den Eingriffsweg einer zusätzlichen Rolle 342 vom anfänglichen Kontakt an Punkt A (gestrichelte Linie) zum voll aufsitzenden Zwei-Punkt-Kontakt (durchgezogene Linie) in einem Kettenradzahn 302 sowie einen Eingriffsweg der Rolle 314, die in einen benachbarten Kettenradzahn 304 des Kettenrads 300 mit unregelmäßigem Eingriff eingreift. Am Anfang des Eingriffs für die Rolle 314 findet ein kleiner Anteil der Kettenlastübertragung statt, wobei der Zahn 304 einen Teil der Last aufnimmt. Jedoch trägt der Zahn 302 weiterhin einen größeren Anteil der Kettenlast, bis eine Eingriffsrolle mit ihrem entsprechenden Flankenkontakt in einen anderen Zahn 304 eingreift. Die Bezugsnummer 1 in 24 zeigt das Ausmaß der „Abstufung" für den Zahn 302 vom anfänglichen Kontakt an Punkt A zum vollen Eingriffskontakt an den Punkten B und C an.
25 und 26 veranschaulichen die Eingriffsverzögerung zwischen den Zahnprofilen 302, 304. Insbesondere weist das Kettenrad 300, wie in 25 gezeigt, eine weitere Rolle 344 auf, die in vollständigem Zwei-Punkt-Kontakt mit einem Kettenradzahn voll aufsitzt, der das Zahnprofil 302 umfasst. Die Rolle 342 ist im Augenblick des anfänglichen tangentialen Kontakts an Punkt A eines zweiten Kettenradzahns gezeigt, der ebenfalls das Zahnprofil 302 umfasst. Die Rolle 314 ist die nächste Rolle in der Spanne und greift in einen Kettenradzahn ein, der das Zahnprofil 304 umfasst. Das Kettenrad 300 muss sich durch einen Winkel τ für die Rolle 342 drehen, um sich von seiner anfänglichen Kontaktposition an Punkt A in den vollständigen Eingriff zu bewegen, wobei es in Zwei-Punkt-Kontakt mit dem Zahnprofil 302 in einer 12-Uhr-Position aufsitzt.
Unter Bezugnahme auf 26 ist das Kettenrad 300 aus 25 in Uhrzeigersinn- Richtung soweit gedreht gezeigt, bis sich die Rolle 314 am Anfang des Eingriffs in das Zahnprofil 304 befindet. Das Kettenrad 300 muss sich nun durch einen kleineren Winkel K drehen, damit die Rolle 314 in der 12-Uhr-Position aufsitzt. Daher muss sich das Kettenrad 300 durch einen zusätzlichen Winkel T–K drehen, damit eine Eingriffsrolle vollständig in dem Zahnprofil 302 aufsitzt.
Wiederum unter Bezugnahme auf 20 sind die beiden Zahnprofilsätze 302, 304 in einem unregelmäßigen Muster angeordnet, um die Eingriffsaufprallfrequenz zu modifizieren, indem der Punkt und der Rhythmus des anfänglichen Rolle-Kettenrad-Kontakts geändert werden. Jedoch könnten die beiden Zahnprofilsätze 302, 304 in vielen verschiedenen unregelmäßigen Mustern angeordnet werden. Des Weiteren wird ebenfalls in Betracht gezogen, dass die beiden Zahnprofilsätze 302, 304 in vielen regelmäßigen Mustern angeordnet werden könnten, die ebenso gut funktionieren würden. In allen Fällen stellt die Anordnung von zwei Sätzen verschiedener Zahnprofile auf einem Kettenrad ein Mittel bereit, um das Aufprallgeräusch der Eingriffsfrequenz zu dispergieren, das normalerweise mit einem kompletten Satz von im Wesentlichen indentisch geformten Kettenradzähnen verbunden ist und von diesem induziert wird. Die Verminderung des Eingriffsfrequenzgeräusches wird erreicht, indem der Punkt und der Rhythmus des anfänglichen Rolle-Kettenrad-Kontakts verändert werden.
Das Kurbelwellenkettenrad, das im Allgemeinen das kleinste Kettenrad in dem Kettenantrieb ist, ist gewöhnlich der Haupt-Geräuschbeiträger. 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 Antriebs-Kettenrad ist, der Haupt-Geräuschgenerator sein, wie es bei Ausgleichswellenkettenrädern und Pumpenkettenrädern der Fall ist. Daher können die Merkmale der vorliegenden Erfindung ebenfalls vorteilhaft bei Kurbelwellen- oder angetriebenen Kettenrädern verwendet werden.
Es ist ersichtlich, dass die Zahnprofileigenschaften aus 20–26 etwas verändert werden können, ohne wesentlich von der Ketten- und Kettenrad-Eingriffs-Kinematik abzuweichen, die die Geräuschminderungsvorteile der vorliegenden Erfindung erzeugen. Zum Beispiel könnte das asymmetrische Eingriffsflankenprofil durch eine Evolventenform angenähert werden, und das asymmetrische Ausrückflankenprofil könnte durch eine andere Evolventenform angenähert werden. Leichte Veränderungen an dem Profil können aus Gründen der Herstellung und/oder Qualitätskontrolle oder einfach zur Verbesserung der Teileabmessungen vorgenommen werden.
Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden. Modifikationen werden bei der Lektüre und dem Verständnis dieser Beschreibung offensichtlich, und diese Erfindung soll diese insoweit umfassen, als sie in den Bereich der angehängten Ansprüche fallen.

Claims

Kettenrad, das umfasst: eine erste Vielzahl von Kettenradzähnen, von denen jeder ein erstes asymmetrisches Zahnprofil aufweist, das Mittel zur Bereitstellung eines tangentialen Kontakts mit einer ersten Rolle zu Beginn des Eingriffs der ersten Rolle in das Kettenrad umfasst; und eine zweite Vielzahl von Kettenradzähnen, von denen jeder ein zweites asymmetrisches Zahnprofil aufweist, das sich von dem ersten Zahnprofil unterscheidet und das Mittel zur Bereitstellung eines radialen Kontakts mit einer zweiten Rolle zu Beginn des Eingriffs der zweiten Rolle in das Kettenrad umfasst.
Kettenrad nach Anspruch 1, wobei: das erste Mittel eine erste Eingriffsflanke, einen ersten Eingriffsfuß und eine erste ebene Fläche, die zwischen der ersten Eingriffsflanke und dem ersten Eingriffsfuß angeordnet ist, umfasst, wobei die erste Rolle die erste ebene Fläche zu Beginn des Eingriffs der ersten Rolle in das Kettenrad anfänglich berührt, und das zweite Mittel eine zweite Eingriffsflanke, einen zweiten Eingriffsfuß und eine zweite ebene Fläche, die tangential zum zweiten Eingriffsfuß entfernt von der zweiten Eingriffsflanke angeordnet ist, umfasst, wobei die zweite Rolle die zweite ebene Fläche zu Beginn des Eingriffs zwischen der zweiten Rolle und dem Kettenrad anfänglich berührt.
Kettenrad nach Anspruch 2, wobei die erste Vielzahl von Kettenradzähnen im Verhältnis zur zweiten Vielzahl von Kettenradzähnen beliebig angeordnet ist.
Kettenrad nach Anspruch 2, wobei die zweite ebene Fläche einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, der erste Abschnitt einen Flankenversatz und der zweite Abschnitt einen Zahnzwischenraum bereitstellt.
Kettenrad nach Anspruch 2, wobei die zweite Vielzahl von Kettenradzähnen eine Ausrückflanke und eine dritte ebene Fläche umfasst, die entlang der Ausrückflanke angeordnet ist, um einen Zahnzwischenraum bereitzustellen.
Kettenrad nach Anspruch 2, wobei jeder Kettenradzahn der ersten Vielzahl von Kettenradzähnen eine dritte ebene Fläche umfasst, die tangential zum ersten Eingriffsfuß entfernt von der ersten Eingriffsflanke angeordnet ist, um einen Zahnzwischenraum bereitzustellen.
Kettenrad nach Anspruch 2, wobei die erste Vielzahl von Kettenradzähnen eine Ausrückflanke und eine dritte ebene Fläche umfasst, die entlang der Ausrückflanke angeordnet ist, um einen Zahnzwischenraum bereitzustellen.
Kettenrad nach Anspruch 2, wobei die erste Rolle das Kettenrad an zwei Punkten entlang des ersten asymmetrischen Zahnprofils in einer Volleingriffsposition berührt.
Kettenrad nach Anspruch 2, wobei ein Radius des ersten Eingriffsfußes kleiner als ein Radius der ersten Rolle ist.
Einfachgerichtetes Rollenkettenantriebssystem, das ein erstes Kettenrad, ein zweites Kettenrad und eine Rollenkette umfasst, die Rollen in eingreifendem Kontakt mit dem ersten und zweiten Kettenrad aufweist, wobei mindestens das erste oder das zweite Kettenrad durch das Kettenrad nach Anspruch 1 gekennzeichnet ist.
Verfahren zur Modifikation einer Eingriffsaufprallfrequenz einer Rollenkette, die in ein Kettenrad eingreift, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Drehen des Kettenrades, um eine erste Rolle der Rollenkette zu veranlassen, eine Eingriffsflanke eines ersten Kettenradzahns zu Beginn des Eingriffs der ersten Rolle in den ersten Kettenradzahn tangential zu berühren; und (b) Drehen des Kettenrades, um eine zweite Rolle der Rollenkette zu veranlassen, eine Fußfläche eines zweiten Kettenradzahns zu Beginn des Eingriffs der zweiten Rolle in den zweiten Kettenradzahn radial zu berühren.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Schritt (a) folgenden Schritt umfasst: Drehen des Kettenrades, um die erste Rolle der Rollenkette zu veranlassen, zu Beginn des Eingriffs der ersten Rolle in den ersten Kettenradzahn eine ebene Flankenfläche zu berühren.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Schritt (b) folgenden Schritt umfasst: Drehen des Kettenrades, um die zweite Rolle der Rollenkette zu veranlassen, zu Beginn des Eingriffs der zweiten Rolle in den zweiten Kettenradzahn eine schräge ebene Fläche zu berühren.
Verfahren nach Anspruch 11, das weiterhin folgenden Schritt umfasst: (c) nach Schritt (a) Weiterdrehen des Kettenrades, um die erste Rolle der Rollenkette zu veranlassen, den ersten Kettenradzahn an zwei anderen Punkten entlang des ersten asymmetrischen Zahnprofils in einer Volleingriffsposition der ersten Rolle zu berühren.