DE10065317A1 - Zahnketten-Antriebsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Zahnketten-Antriebsvorrichtung umfasst eine Zahnkette zum Übertragen einer Kraft zwischen einem größeren Zahnrad und einem kleineren Zahnrad, wobei die Innenflanken (6) einer Kettenlasche (3) der Zahnkette derart profiliert sind, dass sie von den Außenflanken (5) der angrenzenden Kettenlaschen (3) nach außen ragen, und wobei Zahnflanken-Konfigurationen des größeren und des kleineren Zahnrads durch Evolventen-Kurven ausgebildet sind, die ausgestaltet sind, um dem Ausdruck A1 < Ac >= A2 zu genügen, wobei A1 ein Eingriffswinkel des kleineren Zahnrads ist, A2 ein Eingriffswinkel des größeren Zahnrads ist und Ac ein Eingriffswinkel der Innenflanken (6) von Zähnen (4) der Kettenlaschen (3) ist. Mit dieser Anordnung ist die Sehnen-Tätigkeit der Zahnkette sowohl auf der Seite des größeren Zahnrads als auch auf der Seite des kleineren Zahnrads unterdrückt, wodurch Vibrationen und Geräusche reduziert werden, die im Zusammenhang mit der Sehnen-Tätigkeit stehen, und die Antriebsleistung und Haltbarkeit verbessert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnketten-Antriebsvorrichtung, mit einen größeren Zahnrad, das eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Zähnen aufweist, einem kleineren Zahnrad, das eine Vielzahl von zueinander beabstandeter Zähnen aufweist, die in ihrer Anzahl geringer sind als die Zähne des größerer Zahnrads, und einer Zahnkette, die um das größere Zahnrad und um das kleinere Zahnrad angeordnet ist, um eine Kraft zwischen ihnen zu übertragen, wobei die Zahnkette aus einer Vielzahl von durch Verbindungsstifte miteinander gekoppelter Kettenlaschen aufgebaut ist und wobei jede Kettenlasche ein Paar von Zähnen aufweist.

Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Zahnketten- Antriebsvorrichtung zum Übertragen einer Kraft zwischen Zahnrädern mit unterschiedlichen Anzahlen an Zähnen, wie dies beim Antrieb von Nockenwellen mittels einer Kurbelwelle eines Viertaktmotors erfolgt.

Bei einem hier in Fig. 6 gezeigten Viertaktmotor umfasst eine Zahnketten- Antriebsvorrichtung, die zum Antrieb von Nockenwellen über eine Kurbelwelle verwendet wird, zwei Zahnräder 11a, 11a auf der Nockenwellenseite zum Betreiben von Einlassventilen bzw. Auslassventilen, ein Zahnrad 11b auf der Kurbelwellenseite, eine Zahnkette oder geräuscharme Kette S zum Übertragen einer Kraft zwischen dem Kurbelwellenzahnrad 11b und den Nockenwellenzahnrädern 11a, eine Spanneinrichtung T1 zum Ausüben einer Spannung auf die Zahnkette S, einen Spannhebel L und eine Kettenführung G zum Unterdrücken eines Herausspringens der Zahnkette S. Die Einlass- und Auslassventile sind derart aufgebaut, dass sie einen einzelnen Betriebszyklus vervollständigen, während das Kurbelwellenzahnrad 11b zwei Umdrehungen ausführt. Daher muss die Rotationsgeschwindigkeit des Kurbelwellenzahnrads 11b auf der Nockenwellenseite auf die Hälfte reduziert werden. Zu diesem Zweck beträgt die Anzahl an Zähnen der Nockenwellenzahnräder 11a das Doppelte der Anzahl an Zähnen des Kurbelwellenzahnrads 11b.

Die in einer derartigen Zahnketten-Antriebsvorrichtung verwendete Zahnkette S ist in der japanischen Patentoffenlegungs-Veröffentlichung Nr. Hei-8-184348 beispielhaft gezeigt und weist - wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt - eine Reihe von longitudinal überlappenden Kettenlaschen 13 - drei Kettenlaschen 13a, 13b und 13c sind gezeigt - auf, die Zähne aufweisen, die zum Kämmen mit einem nicht gezeigten Zahnrad angepasst sind. Wenn die Kette im wesentlichen gerade gestreckt ist, bilden die geradlinig profilierten Außenflanken 15 der jeweiligen Kettenlaschen 13a-13c eine Reihe von Zähnen mit einem trapezförmigen Profil.

Wenn bei einer spezifischen Form der beispielhaft gezeigten Zahnkette die Zahnkette im wesentlichen - wie in Fig. 7 gezeigt - gerade gestreckt ist, sind die Innenflanken 16 einer Kettenlasche 13b von den Außenflanken 15 der angrenzenden Kettenlaschen 13a, 13c zurückgezogen. Wenn bei einer weitere spezifischen Form der beispielhaft gezeigten Zahnkette, die in Fig. 8 gezeigt ist, die Zahnkette im wesentlichen gerade gestreckt ist, ragen gewölbte oder konvex gekrümmte Innenflanken 16a einer Kettenlasche 13b von den Außenflanken 15 der angrenzenden Kettenlaschen 13a, 13c nach außen ab.

Das Kurbelwellenzahnrad 11b und die Nockenwellenzahnräder 11a sind mittels eines Abwälzfräs-Verfahrens für Zahnradzähne ausgebildet, wie es in Fig. 9 gezeigt und in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei-1-037745 beschrieben ist. Bei dem Abwälzfräs-Verfahren wird ein Wälzfräser mit Zähnen verwendet, die ähnlich zu dem Profil einer Reihe von trapezförmigen Zähnen profiliert sind, die durch die Außenflanken 15 der longitudinal überlappenden Kettenlaschen 13 gebildet werden, die oben beschrieben sind, um den Umfang eines zylindrischen Werkstücks mit einem Betrag an Profilverschiebung zu schneiden, der derart festgelegt ist, dass die Zahnkette ein gleichseitiges Polygon bildet, wobei eine Seite die gleiche Länge wie eine Teilung P der Zahnkette aufweist, wenn sie um das Zahnrad gewunden ist. Daher ist eine Evolventen-Zahnform erzeugt.

In dem Fall, wenn Zahnräder mit unterschiedlichen Anzahlen von Zähnen zu erzeugen sind, um ein Untersetzungsverhältnis von 1 : 2 zu erreichen, werden das Kurbelwellenzahnrad 11b und die Nockenwellenzahnräder 11a beide unter Verwendung eines Wälzfräsers geschnitten oder wälzgefräst, der derart profiliert ist, dass ein Eingriffswinkel Ah erhalten wird, der dem Eingriffswinkel Af gleich ist, der durch die Außenflanken der Zahnkette definiert ist. Zur Vermeidung eines Unterschnitts oder einer Fußverdünnung, die durch die Anzahl an Zähnen des Kurbelwellenzahnrads 11b verursacht wird, welche die halbe Anzahl von Zähnen des Nockenwellenzahnrads 11a beträgt, werden Zähne des Kurbelwellenzahnrads 11b als Alternative unter Verwendung eines Wälzfräsers geschnitten, der einen Eingriffswinkel aufweist, der größer ist als der Eingriffswinkel Af der Außenflanken 15 der Zahnkette.

Daher werden die Zahnflanken-Konfigurationen des Nockenwellenzahnrads 11a und des Kurbelwellenzahnrads 11b durch Evolventen-Kurven gebildet, die ausgebildet sind, um dem Ausdruck

A2 ≧ A1 = Af

zu genügen, wobei A1 der Eingriffswinkel des Nockenwellenzahnrads 11a ist, A2 der Eingriffswinkel des Kurbelwellenzahnrads 11b ist und Af der Eingriffswinkel ist, der durch die Außenflanken 15 der Kettenlaschen definiert ist.

Eine Zahnketten-Antriebsvorrichtung, die die obige Zahnkette S. die obigen Nockenwellenzahnräder 11a und das obige Kurbelwellenzahnrad 11b zum Antrieb der Nockenwellen aufweist, zeigt einen Eingriffszustand, wie er in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die verwendete Zahnkette S Kettenlaschen aufweist, deren Innenflanken - wie in Fig. 7 gezeigt - von den Außenflanken der angrenzenden Kettenlaschen zurückgezogen sind, wenn die Zahnkette im wesentlichen gerade gestreckt ist, sind erstens die Außenflanken 15 der Kettenlaschen 13 auf die Zahnflanken jedes weiteren Zahnradzahns gesetzt, wenn eine solche Zahnkette S um das Zahnrad 11, 11a oder 11b gewunden ist, um ein Kämmen mit dem Zahnrad 11 in einer polygonalen Weise zu erzeugen, während die Innenflanken 16 der Kettenlaschen 13 mit den Zahnflanken entweder der Nockenwellenzahnräder 11a oder des Kurbelwellenzahnrads 11b nicht störend eingreifen, weil sie von den Außenflanken zurückgezogen sind.

Da die Kettenlaschen 13 der obigen Zahnkette S allein an ihren Außenflanken 15 mit den Zähnen eines jeden Zahnrads 11a, 11b kämmen, führt die Zahnkette S nach dem Beginn des Kämmens jedoch eine polygonale Bewegung aus, die Auf- und Abbewegungen in einer radialen Richtung des Zahnrads umfasst.

Dann wurde eine quantitative Analyse der polygonalen Bewegung durchgeführt. Da ein Teilungswinkel A der Zähne des Zahnrads 11 und die Anzahl an Zähnen Z des Zahnrads 11 die Beziehung θ = (360°/Z) aufweisen, wie dies der Fig. 10 entnommen werden kann, kann das Folgende festgehalten werden.

Wenn die Kettenteilung P ist und eine freie Spannweite der Kette, die der Kettenlasche 13b folgt, in einem rechten Winkel zu einer Linie positioniert ist, die - wie in Fig. 10 gezeigt - über die Mittelpunkte des Zahnrads 11 und eines Verbindungsstifts 12a verläuft, ist erstens der Abstand von dem Mittelpunkt des Zahnrads 11 zu dem Verbindungsstift 12a der frei gespannten Kette durch die Höhe des Verbindungsstifts 12a von dem Mittelpunkt des Zahnrads 11 aus bestimmt, da die Außenflanken der Kettenlasche 13a auf den Zahnflanken des Zahnrads 11 sitzen, und daher durch die Gleichung U = P/2sin (θ/2) ausgedrückt.

Wenn das Zahnrad 11 - wie in Fig. 11 gezeigt - um einen halben Teilungswinkel θ/2 von der Position gemäß Fig. 10 aus gedreht ist und die frei gespannte Kette in einem rechten Winkel zu einer Linie positioniert ist, die über die Mittelpunkte des Zahnrads 11 und der Kettenlasche 13b verläuft, ist weiterhin der Abstand von dem Mittelpunkt des Zahnrads 11 zu der Ketten-Teillinie der frei gespannten Kette durch die Höhe des Verbindungsstifts 12a von dem Mittelpunkt des Zahnrads 11 aus bestimmt, weil die Außenflanken der Kettenlasche 13a auf den Zahnflanken des Zahnrads aufsitzen, und daher durch die Gleichung V = P/tan (θ/2) ausgedrückt. In den Fig. 10 und 11 zeigen der Pfeil die Drehrichtung des Zahnrads 11 und der Doppelpfeil die Bewegungsrichtung der Zahnkette an.

Wie der obigen Diskussion leicht entnommen werden kann, führt die Zahnkette S kurz nach dem Beginn des kämmenden Eingriffs mit dem Zahnrad 11 eine polygonale Bewegung mit der Amplitude Hs = U-V aus, die Auf- und Abbewegungen während einer Rotation des Zahnrads 11 um einen halben Teilungswinkel (θ/2) aufweist. Daher zeigt die Zahnkette S die sogenannte "Sehnen-Tätigkeit" ("chordal action").

Wenn die derartig aufgebaute Zahnkette verwendet wird, verursachen folglich die Sehnen-Tätigkeit - polygonale Bewegung - mit der Amplitude Hs = U-V und die damit verbundenen Auf- und Abbewegungen ein Schlagen der Außenflanken 15 der Kettenlaschen 13a, 13b, 13c gegen die Zahnflanken des Zahnrads 1, was eine unerwünschte Schlagbewegung zur Folge hat. Wenn die Zahnketten- Antriebsvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird, werden zusätzlich unerwünschte Vibrations- und Schlaggeräusche erzeugt, die eine Hauptquelle von Vibrationen und Geräuschen bilden, die in der Nockenwellen-Antriebsvorrichtung eines Viertaktmotors erzeugt werden.

Des weiteren verursacht die durch die polygonale Bewegung erzeugte Sehnen- Tätigkeit eine Veränderung der Spannung der Kette, wodurch die Haltbarkeit der Zahnkette verschlechtert wird.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die verwendete Zahnkette S Kettenlaschen aufweist, deren gewölbte Innenflanken 16a von den Außenflanken 15 der angrenzenden Kettenlaschen abragen, wenn die Zahnkette - wie in Fig. 8 gezeigt - im wesentlichen gerade gestreckt ist, sitzen des weiteren die Außenflanken 15 der Kettenlaschen 13, wenn eine solche Zahnkette S um das Zahnrad 11 gewunden ist, auf den Zahnflanken jedes weiteren Zahnradzahns, um ein Kämmen mit dem Zahnrad 11 in einer polygonalen Weise zu erzeugen. Da die gewölbten Innenflanken 16a an ihren mittleren Abschnitten von den Außenflanken 15 der angrenzenden Kettenlaschen abragen, greifen in diesem Fall die mittleren Abschnitte der gewölbten Innenflanken 16a der Kettenlaschen in einer frei gespannten Kette mit den Zahnflanken des Zahnrads ein und heben die frei gespannte Kette zeitweise an, bevor die Außenflanken 15 der Kettenlaschen auf den Zahnrad-Zahnflanken aufsitzen, wodurch die Sehnen-Tätigkeit im Vergleich zu der Sehnen-Tätigkeit reduziert werden kann, die mit der Zahnkette gemäß Fig. 7 verbunden ist.

Da das Kurbelwellenzahnrad 11b und die Nockenwellenzahnräder 11a aufgrund einer großen Differenz in der Anzahl an Zähnen unterschiedliche Teilungswinkel θ = 360°/Z aufweisen, unterscheiden sich jedoch die polygonalen Bewegungen der Zahnkette, welche jeweils an dem Kurbelwellenzahnrad 11b und den Nockenwellenzahnrädern 11a auftreten, in ihrer Größe erheblich voneinander. Wenn die obige Zahnkette mit Kettenlaschen, die gewölbte Innenflanken 16a aufweisen, verwendet wird, ist der Betrag der Anhebung der frei gespannten Kette konstant, so dass die polygonale Bewegung notwendigerweise an jeder der beiden Zahnradseiten 11a, 11b auftritt. Daher wird es schwierig, sowohl die Sehnen- Tätigkeit, die an dem Kurbelwellenzahnrad auftritt, als auch die Sehnen-Tätigkeit, die an dem Nockenwellenzahnrädern auftritt, zu unterdrücken.

Selbst wenn die Sehnen-Tätigkeit entweder an dem Kurbelwellenzahnrad oder an den Nockenwellenzahnrädern unterdrückt werden kann, ist folglich bei einer solchen Nockenwellen-Antriebsvorrichtung die Nockenwellen-Antriebsvorrichtung insgesamt noch unbefriedigend hinsichtlich der Reduktion von Vibrationen und Geräuschen, die von der Sehnen-Tätigkeit herrühren. Zusätzlich entsteht ein schwerwiegendes Problem dahingehend, dass die gewölbten Innenflanken 16a der Kettenlaschen gegen die Zahnflanken des Zahnrads schlagen, wodurch eine weitere Art von Vibrationen und Geräuschen sowie die Veränderungen in der Kettenspannung erzeugt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnketten- Antriebsvorrichtung zum Übertragen einer Kraft zwischen Zahnrädern mit unterschiedlichen Anzahlen an Zähnen, wie sie bspw. vorliegt, wenn Nockenwellen durch eine Kurbelwelle eines Viertaktmotors über eine Zahnkette angetrieben werden, bereitzustellen, bei der die Sehnen-Tätigkeit der Zahnkette unterdrückt ist, um dadurch Vibrationsgeräusche und Schlaggeräusche zu reduzieren, die durch die Sehnen-Tätigkeit verursacht sind, und bei der die Veränderungen der Kettenspannung unterdrückt sind, um dadurch die Antriebsleistung und die Haltbarkeit der Zahnketten-Antriebsvorrichtung zu verbessern.

Erfindungsgemäß ist die voranstehende Aufgabe durch eine Zahnketten- Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die Zahnketten-Antriebsvorrichtung derart ausgestaltet und weitergebildet, dass die Kettenlaschenzähne Innen- und Außenflanken aufweisen, die profiliert sind, um der Gleichung

Hc = Hf + Hs

zu genügen, wobei Hc ein Abstand von einer Teillinie der Kette zu einer Teillinie der Innenflanken ist, Hf ein Abstand von der Ketten-Teillinie zu einer Teillinie der Außenflanken ist und Hs eine Amplitude einer polygonalen Bewegung der Kette an einem virtuellen Zahnrad ist, das eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Zähnen aufweist, und zwar entweder die gleiche Anzahl an Zähnen wie das kleinere Zahnrad oder eine zwischen der Anzahl an Zähnen des kleineren Zahnrads und der Anzahl an Zähnen des größeren Zahnrads liegende Anzahl an Zähnen, und dass das größere und das kleinere Zahnrad Zahnflanken aufweisen, die durch eine Evolventen-Kurve profiliert sind, die ausgebildet ist, um dem Ausdruck

A1 < Ac ≧ A2

zu genügen, wobei A1 ein Eingriffswinkel des größeren Zahnrads ist, A2 ein Eingriffswinkel des kleineren Zahnrads ist und Ac ein Eingriffswinkel der Innenflanken der Kettenlaschenzähne der Zahnkette ist.

Die Zahnkette, die bei der Zahnketten-Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist eine Anzahl von vermaschten Reihen an Kettenlaschen auf, die durch Verbindungsstifte wie bspw. Rundstifte oder Rollenstifte gekoppelt sind. Jede Kettenlasche weist ein Paar von Zähnen auf, und jeder Kettenlaschenzahn weist eine Außenflanke, die eine Außenseite des Zahns bildet, und eine Innenflanke auf, die eine Innenseite des Zahns bildet.

Es ist bevorzugt, dass das virtuelle Zahnrad einen Eingriffswinkel aufweist, der dem Eingriffswinkel der Innenflanken der Kettenlaschenzähne gleich ist.

Der hier verwendete Ausdruck "Ketten-Teillinie" repräsentiert eine Linie, die die Mittelpunkte der Verbindungsstifte der Kettenlasche miteinander verbindet.

Der hier verwendete Ausdruck "Innenflanken-Teillinie" repräsentiert eine Linie, die parallel zu der Ketten-Teillinie über die Innenflanke an Punkten verläuft, wo der Abstand zwischen diesen Punkten die Hälfte der Kettenteilung beträgt.

Der hier verwendete Ausdruck "Außenflanken-Teillinie" stellt eine Linie dar, die parallel zu der Ketten-Teillinie über die Außenflanke an Punkten verläuft, wo der Abstand zwischen diesen Punkten das 1,5-fache der Kettenteilung beträgt.

Der hier verwendete Ausdruck "Amplitude der polygonalen Bewegung" repräsentiert einen Abstand von Auf- und Abbewegungen in einer radialen Richtung bzgl. des Zahnrads, welche die Zahnkette ausführt, wenn die Kette beginnt, allein an ihren Außenflanken mit dem Zahnrad zu kämmen.

Der hier verwendete Ausdruck "Eingriffswinkel des Zahnrads" repräsentiert einen Eingriffswinkel einer Zahnform eines Wälzfräsers, der zum Schneiden der Zähne des Zahnrads verwendet wird.

Da bei der Zahnketten-Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Innenflanken der Kettenlaschenzähne profiliert sind, um der obigen Gleichung Hc = Hf + Hs zu genügen, erzeugen die Innenflanken und das Zahnrad dazwischen eine Eingriffsbeziehung, die derjenigen ähnlich ist, die zwischen einer Zahnstange und einem Ritzel erzeugt ist, wobei der Abstand von dem Mittelpunkt des Zahnrads zu einer freien Spannweite der Kette während des Verlaufs des Kämmens einer Kettenlasche direkt vor der frei gespannten Kette konstant gehalten ist, d. h. von dem Beginn des Kämmens bis zum Sitzen der Kettenlasche auf dem Zahnrad, wodurch verhindert wird, dass die Zahnkette eine Sehnen-Tätigkeit ausführt, die von der polygonalen Bewegung der Kette herrührt.

Mit anderen Worten kann die polygonale Bewegung der Kette durch die Verwendung von Kettenlaschen unterdrückt werden, bei denen die Innenflanken derart profiliert sind, dass die Innenflanken-Teillinie weiter weg von der Ketten-Teillinie positioniert ist als die Außenflanken-Teillinie, und zwar um eine Distanz, die der Amplitude Hs der polygonalen Bewegung der Kette entspricht, welche an einem virtuellen oder gedachten Zahnrad auftritt, das hinsichtlich seiner Zähne derart festgelegt ist, dass deren Anzahl entweder der Anzahl der Zähne des kleineren Zahnrads entspricht oder dass deren Anzahl zwischen der Anzahl der Zähne des kleineren Zahnrads und der Anzahl der Zähne des größeren Zahnrads liegt.

Da bei der Zahnketten-Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die jeweiligen Zahnflankenkonfigurationen der größeren und kleineren Zahnräder durch Evolventen-Kurven gebildet sind, die ausgestaltet sind, um dem obigen Ausdruck A1 <Ac ≧ A2 zu genügen, beginnt die Zahnkette, selbst wenn die Anzahl an Zähnen des größeren Zahnrads das Doppelte der Anzahl an Zähnen des kleineren Zahnrads ist, mit dem größeren Zahnrad und dem kleineren Zahnrad derart zu kämmen, dass die Innenflanke einer Kettenlasche direkt vor der frei gespannten Kette gleichzeitig mit der Außenflanke der vorhergehenden Kettenlasche, die auf dem Zahnrad aufsitzt, mit dem Zahnrad kämmt, um dadurch die frei gespannte Kette bzw. die freie Spannweite der Kette anzuheben und auf einem Niveau zu halten, das einem Höchstwert der polygonalen Bewegung der Kette entspricht. Daher ist verhindert, dass die Zahnkette eine Sehnen-Tätigkeit an beiden Zahnrädern, sowohl dem kleineren Zahnrad als auch dem größeren Zahnrad ausführt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Folgenden detailliert beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Kettenlasche einer Zahnkette, die bei einer Zahnketten-Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung den Aufbau der Zahnkette,

Fig. 3 in einer schematischen Darstellung, wie die Zahnkette mit einem Zahnrad gemäß der vorliegenden Erfindung kämmt,

Fig. 3A in einer vergrößerten Ansicht einen Ausschnitt aus Fig. 3,

Fig. 4 in einer schematischen Darstellung einen Eingriffszustand, in dem das Zahnrad von der Position gemäß Fig. 3 aus um einen halben Teilungswinkel θ/2 gedreht ist,

Fig. 5 in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Eingriffswinkel des Zahnrads und dem Eingriffswinkel eines Wälzfräsers,

Fig. 6 in einer Vorderansicht den allgemeinen Aufbau einer herkömmlichen Zahnketten-Antriebsvorrichtung,

Fig. 7 in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer Zahnkette, die bei der herkömmlichen Zahnketten-Antriebsvorrichtung verwendet wird,

Fig. 8 in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer unterschiedlichen Zahnkette, die bei der herkömmlichen Zahnketten-Antriebsvorrichtung verwendet wird,

Fig. 9 in einer schematischen Darstellung ein herkömmliches Abwälzfräs- Verfahren, bei dem Zähne des Zahnrads ausgebildet werden,

Fig. 10 in einer schematischen Darstellung einen Eingriffszustand bei der herkömmlichen Zahnketten-Antriebsvorrichtung und

Fig. 11 in einer schematischen Darstellung einen Eingriffszustand, in dem das herkömmliche Zahnrad aus der Position gemäß Fig. 10 um einen halben Teilungswinkel θ/2 gedreht ist.

Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und beabsichtigt keinesfalls, die Erfindung oder ihre Anwendungsbereiche oder ihre Verwendungen zu begrenzen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 weist eine Zahnketten-Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einer Zahnkette 8 und ein Zahnrad 1 auf. Das Zahnrad 1 stellt ein Kurbelwellenzahnrad 1b oder ein Nockenwellenzahnrad 1a eines Paars von Nockenwellenzahnrädern 1a dar. Das nicht dargestellte Zahnrad bildet ebenfalls einen Teil der Zahnketten-Antriebsvorrichtung. Die Zahnketten-Antriebsvorrichtung ist eine geschwindigkeitsreduzierende Antriesbsvorrichtung zum Antrieb von Einlass- und Auslassventilen eines Automobilmotors, um einen einzelnen Betriebszyklus zu vervollständigen, während eine Kurbelwelle zwei Umdrehungen ausführt, und zwar in derselben Weise wie dies bei der in Fig. 6 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung ausgeführt wird. Die Nockenwellenzahnräder 1a weisen zueinander beabstandete Zähne auf, die die doppelte Anzahl an Zähnen des Kurbelwellenzahnrads 1b aufweisen.

Das Zahnrad 1, 1a oder 1b weist Zahnflanken auf, die durch eine Evolventen-Kurve gebildet sind, um mit Kettenlaschenzähnen der Zahnkette 8 zu kämmen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfasst die Zahnkette 8 eine Vielzahl von Kettenlaschen 3, die durch Verbindungsstifte 2 gekoppelt sind, die in darin ausgebildete Löcher 7 eingepasst sind. Jede Kettenlasche 3 weist ein Paar von Zähnen 4, Außenflanken 5, die die Außenseiten der Kettenlasche 3 bilden, und Innenflanken 6 auf, die die Innenseiten der Kettenlasche 3 bilden.

Die Flanken 5, 6, die die Zähne 4 der Kettenlaschen 3 bilden, sind derart profiliert, dass sie der Gleichung

Hc = Hf + Hs

genügen, wobei Hc der Abstand von einer Ketten-Teillinie PL1 zu einer Innenflanken-Teillinie PL2 ist, Hf der Abstand von der Ketten-Teillinie PL1 zu einer Außenflanken-Teillinie PL3 ist und Hs eine Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette 8 ist.

Konkreter gesagt, ist die Amplitude der polygonalen Bewegung in einer unten beschriebenen Weise berechnet.

Zunächst wird die Anzahl an Zähnen 2c eines virtuellen oder gedachten Zahnrads auf einen Wert festgelegt, der zwischen der Anzahl an Zähnen Z1 der Nockenwellenzahnräder 1a und der Anzahl an Zähnen Z2 des Kurbelwellenzahnrads 1b liegt. In Anbetracht der Tatsache, dass die polygonale Bewegung größer wird, wenn die Anzahl an Zähnen abnimmt, wird der Wert 2c vorzugsweise kleiner festgelegt als der Mittelwert von Z1 und Z2 oder gleich der Anzahl an Zähnen Z2 des Kurbelwellenzahnrads 1b.

Als nächstes wird die Amplitude Hs der polygonalen Bewegung der Kette 8 bestimmt, welche bei dem virtuellen Zahnrad mit der Anzahl an Zähnen 2c auftritt. Wie in Fig. 2 gezeigt weisen die Kettenlaschen 3, die bei der Zahnkette 8 des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels verwendet werden, identische Profile auf. Die Außenflanken 5 und die Innenflanken 6 weisen ein geradliniges Profil auf. Daher ist der Abstand zwischen jeder Innenflanke 6 einer Kettenlasche 3 und der entsprechenden Innenflanke 6 einer angrenzenden Kettenlasche 3 gleich der Kettenteilung P, die als der Mittelpunktsabstand zwischen einem Paar von Verbindungsstiften 2 jeder Kettenlasche 3 definiert ist.

Die Anzahl an Zähnen der Nockenwellenzahnräder 1a beträgt das Doppelte wie die Anzahl an Zähnen des Kurbelwellenzahnrads 1b, so dass die Rotationsgeschwindigkeit des Kurbelwellenzahnrads 1b bei den Nockenwellenzahnrädern 1a auf die Hälfte reduziert ist.

Die Zähne der Zahnräder 1a, 1b sind durch ein Abwälzfräs-Verfahren für Zahnradzähne ausgebildet, wobei ein Wälzfräser verwendet wird, bei dem der Abstand von dem Mittelpunkt eines jeden Zahnrads 1, 1a oder 1b zu der Ketten- Teillinie PL1 in Verbindung mit den Innenflanken 6 der obigen Zahnkette 8 durch die Gleichung U = P/2sin(θ/2) ausgedrückt ist.

Zur Realisierung des obigen Abstands U sind die jeweiligen Zahnflanken der Nockenwellenzahnräder 1a und des Kurbelwellenzahnrads 1b durch Evolventen- Kurven profiliert, die ausgebildet sind, um dem Ausdruck

A1 < Ac ≧ A2

zu genügen, wobei A1 ein Eingriffswinkel der Nockenwellenzahnräder 1a ist, A2 ein Eingriffswinkel des Kurbelwellenzahnrads 1b ist und Ac ein Eingriffswinkel der Innenflanken 6 der Zahnkette 8 ist.

Der Eingriffswinkel A1 der Nockenwellenzahnräder 1a und der Eingriffswinkel A2 des Kurbeiwellenzahnrads 1b können mittels eines Eingriffswinkels Ah - Fig. 9 - des Wälzfräsers beliebig festgelegt werden.

Konkreter gesagt werden der Eingriffswinkel A1 der Nockenwellenzahnräder 1a und der Eingriffswinkel A2 des Kurbelwellenzahnrads 1b in einer unten beschriebenen Weise berechnet.

Der Eingriffswinkel A1 der Nockenwellenzahnräder 1a und der Eingriffswinkel A2 des Kurbelwellenzahnrads 1b sind durch Bedingungen dahingehend bestimmt, dass (1) wenn der rechte Verbindungsstift 2a einer Kettenlasche 3a, die auf dem Zahnrad 1 sitzt, direkt über dem Mittelpunkt des Zahnrads 1 positioniert ist, die Außenflanke 5 der aufsitzenden Kettenlasche 3a und die vorschubrichtungsseitige Innenflanke 6 der folgenden Kettenlasche 3b einer frei gespannten Kette bzw. freien Spannweite der Kette gleichzeitig mit demselben Zahn des Zahnrads 1 kämmen, wie dies in Fig. 3A vergrößert gezeigt ist, und dass (2) der Hc-Wert konstant gehalten ist, und zwar selbst wenn die Anzahl an Zähnen Z1 der Nockenwellenzahnräder 1a und die Anzahl an Zähnen Z2 des Kurbelwellenzahnrads 1b voneinander verschieden sind.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl an Zahnradzähnen Z und dem Eingriffswinkel Ah des Wälzfräsers - nämlich die Eingriffswinkel der Zahnräder 1a, 1b - zeigt, welcher wie oben diskutiert bestimmt ist. In dem Diagramm ist der Eingriffswinkel des virtuellen Zahnrads mit der Anzahl an Zähnen 2c identisch mit dem Eingriffswinkel Ac der Innenflanken 6 der Zahnkette 8.

Fig. 5 ist entnehmbar, dass die Zahnflankenkonfigurationen der Nockenwellenzahnräder 1a und des Kurbelwellenzahnrads 1b derart ausgebildet sind, dass sie dem Ausdruck A1 < Ac ≧ A2 genügen.

Als nächstes wird der Betrieb der Zahnketten-Antriebsvorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 diskutiert.

Wie in Fig. 3 gezeigt, befindet sich die Kette 8 derart mit dem Zahnrad 1 in Eingriff, dass der Stift 2a und eine nachfolgende freie Spannweite der Kette 8 bzgl. einer Linie einen rechten Winkel bilden, die über die Mittelpunkte des Zahnrads 1 und des Stifts 2a verläuft. Der hier verwendete Ausdruck "freie Spannweite der Kette" repräsentiert denjenigen Teil der Zahnkette oder geräuscharmen Kette, der dabei ist, mit dem Zahnrad in Eingriff zu gelangen, und noch nicht auf dem Zahnrad aufsitzt. In diesem Sinn ist die freie Spannweite der Kette nicht vollständig durch das Zahnrad zwangsgeführt und relativ frei gehalten.

Die Kettenlasche 3a kämmt an ihren entgegengesetzten Außenflanken 5 mit dem Zahnrad 1 und sitzt auf dem Zahnrad 1 wie bei der herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 10. Daher ist der Abstand von dem Mittelpunkt des Zahnrads 1 zu dem Stift 2a der frei gespannten Kette 8 durch die Gleichung

U = P/2sin(θ/2)

ausgedrückt.

Die freie Spannweite der Kette 8, welche die Kettenlasche 3b und nachfolgende Kettenlaschen umfasst, wird durch die Spannung der Zahnkette 8 - wie in Fig. 3 gezeigt - linear straff gezogen. Zu diesem Zeitpunkt ragt die Innenflanke weiter nach außen als die Kontur der Außenflanke. Wenn das Zahnrad 1 als ein Ritzel betrachtet wird, kann daher die freie Spannweite der Kette als Zahnstange betrachtet werden, die Zähne mit trapezförmigem Profil aufweist, die durch eine Vielzahl von Innenflanken gebildet sind. In diesem Sinn weisen die freie Spannweite der Kette und das Zahnrad 1 Eingriffsbeziehungen auf, wie sie bei gewöhnlichen Vorrichtungen aus Zahnstange und Ritzel gefunden werden.

In diesem Fall kämmt die Kettenlasche 3b mit ihrer vorschubrichtungsseitigen Innenflanke mit dem Zahnrad 1. Die Innenflanken-Teillinie PL2 ist von der Ketten- Teillinie PL1 weiter weg positioniert als die Außenflanken-Teillinie PL3, und zwar um den Abstand Hs gemäß Fig. 1. Daher wird der Abstand von dem Mittelpunkt des Zahnrads 1 zu der Ketten-Teillinie PL1 der Kettenlasche 3b der freien Spannweite der Kette zu U, wie dies von der unten bereitgestellten Beschreibung verstanden wird.

Fig. 4 zeigt, wie die Zahnkette 8 mit dem Zahnrad 1 kämmt, nachdem die Zahnkette 8 eine halbe Teilung vorgerückt ist und sich das Zahnrad 1 um einen halben Teilungswinkel θ/2 gedreht hat. Die Kettenlasche 3a kämmt mit ihren entgegengesetzten Außenflanken mit dem Zahnrad 1 und sitzt auf dem Zahnrad 1 wie bei der herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 11. Daher ist der Abstand von dem Mittelpunkt des Zahnrads 1 zu dem Stift 2a durch die Gleichung

V = P/2tan(θ/2)

ausgedrückt.

Die Kettenlasche 3c kämmt mit ihrer vorschubrichtungsseitigen Innenflanke mit dem Zahnrad 1, während die Innenflanken-Teillinie der Gleichung Hc = Hf + Hs genügt. Dies macht die Eingriffshöhe V um Hs größer als in dem Fall der in Fig. 11 gezeigten herkömmlichen Kette. Folglich ist der Abstand von dem Mittelpunkt des Zahnrads 1 zu dem Stift 2b durch die Gleichung

U = P/2sin(θ/2)

ausgedrückt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 bedeutet dies, dass die Höhe zu der Kettenlasche 3c während einer Zeitdauer von dem Start des Eingriffs der Innenflanke der Kettenlasche 3c mit dem Zahnrad 1 bis zum Vorrücken des Stifts 2b zu einer Position, wo der Stift 2a war, konstant bei U gehalten wird.

Zu diesem Zeitpunkt trennt sich die Innenflanke der Kettenlasche 3b aufgrund der Wickel- oder Schwenkbewegung der Kette um den Stift 2a von dem Zahnrad 1, während die Außenflanke der Kettenlasche 3b außer Kontakt mit dem Zahnrad 1 gehalten ist. Folglich wird die Kettenlasche 3b durch die Stifte 2a, 2b gestützt und gleichmäßig in vollständigeren kämmenden Eingriff mit dem Zahnrad 1 gebracht.

Folglich wird die freie Spannweite der Kette während des Verlaufs des Eingriffs der Zahnkette 8 mit dem Zahnrad 1 konstant auf der Höhe U gehalten und führt daher keine Auf- und Abbewegungen auf die polygonale Bewegung der Kette hin aus.

Bei der Zahnketten-Antriebsvorrichtung sind die Zahnflanken-Konfigurationen der Nockenwellenzahnräder 1a und des Kurbelwellenzahnrads 1b durch Evolventen- Kurven ausgestaltet, die derart ausgebildet sind, dass sie dem Ausdruck A1 < Ac ≧ A2 genügen. Selbst wenn die Anzahl an Zähnen der Nockenwellenzahnräder 1a die doppelte Anzahl an Zähnen des Kurbelwellenzahnrads 1b beträgt, beginnt die Zahnkette 8 demzufolge das Kämmen mit den Nockenwellenzahnrädern 1a und dem Kurbelwellenzahnrad 1b derart, dass die Innenflanke einer Kettenlasche direkt vor der freien Spannweite der Kette gleichzeitig mit der Außenflanke der auf dem Zahnrad aufsitzenden vorhergehenden Kettenlasche mit dem Zahnrad kämmt, um dadurch die freie Spannweite der Kette auf ein Niveau anzuheben, auf dem die polygonale Bewegung der Kette nicht auftritt. Daher ist die Sehnen-Tätigkeit der Zahnkette sowohl bei dem Kurbelwellenzahnrad als auch bei den Nockenwellenzahnrädern unterdrückt.

Im Gegensatz zu der herkömmlichen Zahnketten-Antriebsvorrichtung, die die Kettenlaschen und die Zahnräder mit der Beziehung A1 ≦ A2 aufweist, wie dies unter Bezugnahme auf die Fig. 7 oder 8 erklärt worden ist, ist die Zahnketten- Antriebsvorrichtung gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel derart aufgebaut, dass sowohl auf der Seite des Kurbelwellenzahnrads als auch auf der Seite der Nockenwellenzahnräder der Abstand von dem Mittelpunkt des Zahnrads zu der freien Spannweite der Kette während des Verlaufs des Eingriffs der Kettenlasche direkt vor der freien Spannweite der Kette auf einem konstanten Wert U gehalten wird, d. h. von dem Beginn des Kämmens an bis zum Aufsitzen der Kettenlasche auf dem Zahnrad, wodurch verhindert wird, dass die Zahnkette eine Sehnen-Tätigkeit ausführt. Dies führt zu dem weiteren Vorteil, dass Vibrationen und Geräusche, die im Zusammenhang mit der Sehnen-Tätigkeit der Zahnkette stehen, vermindert werden können und die Veränderungen in der Kettenspannung unterdrückt werden können, wodurch die Antriebsleistung und die Haltbarkeit verbessert werden können.

Vorteilhafte Wirkungen, die durch die Zahnketten-Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden, sind die Folgenden.

Da die Innenflanken der Kettenlaschenzähne derart profiliert sind, dass sie der Gleichung Hc = Hf + Hs genügen, kann die Sehnen-Tätigkeit, wie sie bei der polygonalen Bewegung der herkömmlichen Zahnkette auftritt, an jedem Punkt des kämmenden Eingriffs zwischen der Zahnkette und den Zahnrädern unterdrückt werden. Dies führt zu beträchtlichen Verminderungen der Vibrationen und Geräusche, die durch die Sehnen-Tätigkeit verursacht sind. Des weiteren kann die Zahnketten-Antriebsvorrichtung eine verbesserte Antriebsleistung erreichen, die frei von den Veränderungen der Kettenspannung ist.

Des weiteren sind die Zahnflanken-Konfigurationen des größeren Zahnrads und des kleineren Zahnrads durch Evolventen-Kurven ausgebildet, die ausgestaltet sind, um dem Ausdruck A1 < Ac ≧ A2 zu genügen. Selbst wenn die Anzahl an Zähnen des größeren Zahnrads das Doppelte der Anzahl an Zähnen des kleineren Zahnrads beträgt, kann demzufolge die Sehnen-Tätigkeit der Kette sowohl auf der Seite des größeren Zahnrads als auch auf der Seite des kleineren Zahnrads vermindert werden. Dies kann zu der Reduktion der Vibrationen und Geräusche beitragen, die die Sehnen-Tätigkeit begleiten. Des weiteren ist es möglich, sowohl auf der Seite des kleineren Zahnrads als auch auf der Seite des größeren Zahnrads die Haltbarkeit der Zahnkette und ein gutes Antriebsverhalten aufrechtzuerhalten.

Claims (4)

1. Zahnketten-Antriebsvorrichtung mit einem größeren Zahnrad (1a), das eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Zähnen aufweist, einem kleineren Zahnrad (1b), das eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Zähnen aufweist, die in ihrer Anzahl geringer sind als die Zähne des größeren Zahnrads (1a), und einer Zahnkette (8), die um das größere Zahnrad (1a) und um das kleinere Zahnrad (1b) angeordnet ist, um eine Kraft zwischen ihnen zu übertragen, wobei die Zahnkette (8) aus einer Vielzahl von durch Verbindungsstifte (2) miteinander gekoppelten Kettenlaschen (3) aufgebaut ist und wobei jede Kettenlasche (3) ein Paar von Zähnen (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenlaschenzähne (4) Innen- und Außenflanken (6, 5) aufweisen, die profiliert sind, um der Gleichung
Hc = Hf + Hs
zu genügen, wobei Hc ein Abstand von einer Teillinie (PL1) der Kette (8) zu einer Teillinie (PL2) der Innenflanken (6) ist, Hf ein Abstand von der Ketten-Teillinie (PL1) zu einer Teillinie (PL3) der Außenflanken (5) ist und Hs eine Amplitude einer polygonalen Bewegung der Kette (8) an einem virtuellen Zahnrad ist, das eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Zähnen aufweist, und zwar entweder die gleiche Anzahl an Zähnen wie das kleinere Zahnrad (1b) oder eine zwischen der Anzahl an Zähnen des kleineren Zahnrads (1b) und der Anzahl an Zähnen des größeren Zahnrads (1a) liegende Anzahl an Zähnen, und dass das größere (1a) und das kleinere Zahnrad (1b) Zahnflanken aufweisen, die durch eine Evolventen-Kurve profiliert sind, die ausgebildet ist, um dem Ausdruck
A1 < Ac ≧ A2
zu genügen, wobei A1 ein Eingriffswinkel des größeren Zahnrads (1a) ist, A2 ein Eingriffswinkel des kleineren Zahnrads (1b) ist und Ac ein Eingriffswinkel der Innenflanken (6) der Kettenlaschenzähne (4) der Zahnkette (8) ist.

2. Zahnketten-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Zahnrad einen Eingriffswinkel aufweist, der dem Eingriffswinkel (Ac) der Innenflanken (6) der Kettenlaschenzähne (4) gleich ist.

3. Zahnketten-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und Innenflanken (5, 6) der Kettenlaschenzähne (4) ein geradliniges Profil aufweisen.

4. Zahnketten-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Zahnrad einen Eingriffswinkel aufweist, der dem Eingriffswinkel (Ac) der Innenflanken (6) der Kettenlaschenzähne (4) gleich ist.