DE102004021957A1

DE102004021957A1 - Magnetischer Kettentrieb

Info

Publication number: DE102004021957A1
Application number: DE200410021957
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schnur; Silvia Dr. Tomaschko
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2005-08-25

Abstract

Magnetischer Kettentrieb, insbesondere im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen, Krafträdern oder Werkzeugmaschinen, umfassend mindestens zwei Ketenräder (2, 2'), die eine permanente radiale magnetische Polarisierung aufweisen, so dass alle Zahnräder eines Kettenrads dieselbe Polarisierung besitzen und DOLLAR A entweder eine Kette (1) aus weichmagnetischem Material oder aus hartmagnetischem Material (1') mit einer der Polarisierung der Kettenräder entgegengesetzten Polarisierung, so dass sich alle hartmagnetischen Kettenräder und die Kette anziehen, DOLLAR A oder eine Kette (1'') aus hartmagnetischem Material mit einer der Polarisierung mindestens eines Kettenrades (2) gleichsinnigen Polarisierung, so dass sich mindestens ein hartmagnetisches Kettenrad und die Kette abstoßen, DOLLAR A sowie Verfahren zur Dämpfung von Schwingungen oder Vibrationen in Kettentrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dämpfung der Geräuschbildung durch Schwingungen oder Vibrationen, sowie der Reib- und Verschleißminderung in Kettentrieben des Antriebsstrangs von Kraftfahrzeugen mithilfe magnetisierter Elemente, sowie die Anordnung der magnetisierten Elemente in einem Kettentrieb aus Kettenrädern und Kette, wobei die Kettenräder eine Magnetisierung aufweisen und die Kette durch die Magnetkraft von einzelnen Kettenrädern angezogen oder abgestoßen wird.
Kettentriebe werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen oder Krafträdern insbesondere in deren Antriebsstrang eingesetzt. Dabei erzeugen die in der angetriebenen und bewegten Kette auftretenden Schwingungen und Vibrationen eine Geräuschbildung. Diese wird beispielsweise als Rasseln oder Scheppern wahrgenommen. Insbesondere beim Starten oder beim Abstellen des Kettentriebs treten diese Störgeräusche auf. Die Geräuschbildung ist darauf zurückzuführen dass die Kette und die Zahnräder der Kettenräder ein gewisses Spiel aufweisen müssen, um die thermische Ausdehnung bei unterschiedlichsten Betriebstemperaturen ausgleichen zu können und den Verschleiß der Oberflächen der beiden Antriebspartner zu verringern. Die Schwingungen und Vibrationen führen darüber hinaus ebenfalls zu erhöhten Reibkräften und zu Verschleiß.
Übliche Maßnahmen zur Dämpfung der Geräuschbildung umfassen die Verwendung von gummierten Kettenrädern, bei denen der Zahneingriff zwischen Kette und Zahnrad durch das gummielastische Material gedämpft wird. Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung ist der hohe Preis der Gummierung und die geringe Langzeitbeständigkeit, insbesondere zurückzuführen auf die geringe thermische Belastbarkeit des Gummis. Nachteilig ist ebenso deren geringe Öl- und Kraftstoffbeständigkeit.

Aus der WO 01/88410 ist ein Kettentrieb mit einem treibenden und einem getriebenen Kettenrad (Lasttrum, Lostrum) bekannt, bei dem ein in der Ebene der Kettenräder angeordnetes ringförmiges Spann- und Dämpfungselement vorgesehen ist. Dieses Element liegt innerhalb der umlaufenden Kette und bewirkt eine Spannung der Kette nach außen. Der Kontakt der Spann- und Dämpfungselemente erfolgt über ihre ebenen Mantelflächen auf die Laschen von Lostrum und Lasttrum. Eine bevorzugte Ausführung sieht eine seitliche Führung der Spann- und Dämpfungselemente durch die Anwendung eines magnetischen Feldes vor, welches von den Kettenrädern ausgeht und die ferromagnetischen Spann- und Dämpfungselemente durchflutet. Es besteht eine magnetische Kraftkraft zwischen Spann- und Dämpfungselement und Stirnflächen der Kettenräder.

Aus der Patentanmeldung DE 4428999 ist eine Bauteilpaarung mit einander zugeordneten Fest- und Losteilen wie Zahnräder, Synchronringe, Schiebe- oder Schaltmuffen, Kupplungslamellen und dergleichen Bauteile bekannt, wobei wenigstens eine der einander zugeordneten Bauteilpaarungen von Fest- und/oder Losteilen eine Magnetisierung aufweist und die Teile durch Magnetkraft angezogen werden. Derartige Bauteilpaarungen befinden sich insbesondere in kraftübertragenden Vorrichtungen wie Getrieben.

Die Patentanmeldung DE 44 00 874 sieht vor, dass bei Bauteilen, wie Zahnrädern, Synchronringen, Schiebe- oder Schaltmuffen oder Kupplungslamellen die einander zugeordneten Bauteile, insbesondere in Form von Zahnflanken eines Fest- und eines Losrades durch Magnetkraft ständig voneinander abgestoßen werden. Die Zahnflanken liegen bei diesen Bauteilen also nur dann aneinander an, wenn eine Kraftübertragung stattfindet, das heißt im geschalteten Zustand. Im nicht geschalteten Zustand, in dem die Bauteile lose umlaufen, werden sie durch die Magnetkraft derart zueinander angeordnet, dass die Zahnflanken ständig auf Abstand zueinander stehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kettentrieb vorzusehen, der eine Dämpfung der Kettenschwingungen sicherstellt und Verschleiß oder Kettenreibung vermindert, sowie ein Verfahren bereitzustellen, zur Dämpfung von Schwingungen oder Vibrationen in Kettentrieben des Antriebsstrangs von Kraftfahrzeugen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen magnetischen Kettentrieb, umfassend mindestens zwei Kettenräder (2, 2') die eine permanente radiale magnetische Polarisierung aufweisen, so dass alle Zahnräder eines Kettenrads dieselbe Polarisierung besitzen und eine Kette (1) mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 oder mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4,
sowie durch ein Verfahren zur Dämpfung Schwingungen oder Vibrationen in Kettentrieben des Antriebsstrangs von Kraftfahrzeugen mithilfe magnetisierter Elemente.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, das Schwingen oder Vibrieren der Kette im angetriebenen Zustand entweder durch magnetische Anziehung zwischen Kette und Kettenrad oder durch magnetische Abstoßung der Paarung zu bewirken.

Erfindungsgemäß sind somit Anordnungen aus Kette und Kettenrädern vorgesehen, die sich entweder magnetisch anziehen oder magnetisch abstoßen.

Im Falle der magnetischen Anziehung erfährt die Kette beim Heranführen an das Kettenrad bereits vor dem ersten mechanischen Kontakt des entsprechenden Kettengliedes mit dem entsprechenden Zahnrad eine Kraft, die eine Dämpfung der Schwingung und Vibration bewirkt. Hierdurch wird im Vergleich zur ungedämpften Paarung wesentlich weniger Körperschall erzeugt. Über den Kontaktbereich mit den entsprechenden Zahnrädern des Kettenrades liegt die Kette fest an. Somit werden Schwingungen und Vibrationen auch im Kontaktbereich reduziert. Dies gilt insbesondere auch im lastarmen oder lastfreien Zustand der Kette, wie beispielsweise im Bereich des Wegführens der Kette im angetriebenen Zustand oder über den gesamten Kontaktbereich beim Abbremsen des Kettenrades. Hier wird das Ablösen der Kette vom Kettenrad durch die Magnetkraft hinausgezögert oder vermindert, so dass auch hier weniger schallerzeugende Vibrationen auftreten können.

Ebenso wird durch die Dämpfung der Schwingungen und Vibrationen eine Veringerung des Verschleißes herbeigeführt.

Auch im Falle der magnetischen Abstoßung erfährt die Kette beim Heranführen an das Kettenrad bereits vor dem ersten mechanischen Kontakt des entsprechenden Kettengliedes mit dem entsprechenden Zahnrad eine Kraft, die eine Dämpfung der Schwingung und Vibration bewirkt. Das Kettenglied wird erst in einem späteren Zeitpunkt mit dem Zahnrad in Kontakt gebracht, als ohne magnetische Abstoßung. Durch die gegenseitige Abstoßung senken sich die Normalkräfte, was grundsätzlich eine Verbesserung des Wirkungsgrades zur Folge hat.

Im lastarmen oder lastfreien Zustand der Kette, wie beispielsweise im Bereich des Wegführens der Kette im angetriebenen Zustand oder über den gesamten Kontaktbereich beim Abbremsen des Kettenrades wird die Kette vom Zahnrad abgestoßen, so dass sich die schallerzeugenden Vibrationen nicht mehr auf das schallleitende Zahnrad übertragen können. Die Abstoßung führt auch zu einer Reibminderung, was sich unter anderem vorteilhaft in einer Erhöhung des mechanischen Wirkungsgrades des Antriebs und in einer Verschleißminderung bemerkbar macht.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, schematischen Zeichnungen. Die Zeichnungen stellen dabei bevorzugte Ausführungen der Erfindung dar. Sie sind in keiner Weise beschränkend auf den Gegenstand der Erfindung auszulegen.
Dabei zeigen:
1 Kettentrieb mit weichmagnetische Kette (1'), Kettenrad (2) mit radialer N-S Magnetisierung (5), Kettenrad (2') mit radialer S-N Magnetisierung (5'), Kettenauslauf (7) und magnetischer Spannschiene (3)
2 Kettentrieb mit hartmagnetische Kette (1''), Kettenrad (2) mit radialer N-S Magnetisierung (5), Kettenrad (2') mit radialer S-N Magnetisierung (5'), Kettenauslauf (7) und weichmagnetischer Spannschiene (3)
3 Kettentrieb mit weichmagnetischer Kette (1'), zwei Kettenrädern (2, 2') mit radialer S-N Magnetisierung (5') ), Kettenauslauf (7) und weichmagnetischer Spannschiene (3)
4 Kettentrieb mit hartmagnetischer Kette (1''), zwei Kettenräder (2, 2') mit radialer S-N Magnetisierung (5') und magnetischer Spannschiene (3)
5 Kettentrieb mit Kette, drei Kettenrädern (2), Spannschiene (3) und Gleitschiene (4)
In einer ersten Ausführung der Erfindung ist ein magnetischer Kettentrieb gemäß 1 vorgesehen, der zwei Kettenräder (2,2') aufweist, welche eine permanente radiale magnetische Polarisierung aufweisen. Dabei zeigen alle Zahnräder die gleiche Polarisierung auf. Die Kette (1) wird aus weichmagnetischem Material gebildet.
Unter diesem Material sind ebenso auch Werkstoffverbunde zu verstehen, die neben der Hauptkomponente aus weichmagnetischem Material auch noch weitere nicht magnetisierbare Werkstoffe enthalten. Beispielsweise kann die Kette aus einer weichmagnetischen Eisenlegierung und Kunststoffen, insbesondere elastischen Kunststoffen bestehen.
Ein erstes Kettenrad (2), welches hier antriebsseitig angeordnet ist, auch als Lasttrum bezeichnet, weist eine radiale Magnetisierung mit N-S-Polarisierung auf.
Das Kettenrad kann vollständig aus magnetischem Material bestehen. Bevorzugt wird das Kettenrad jedoch nur zum Teil aus hartmagnetischem Material gebildet. Beispielsweise wird das Kettenrad durch einen hartmagnetischen Kernbereich, insbesondere aus Verbindungen vom Nd/Fe/B-Typ oder vom Sm/Co-Typ und einem magnetisierbaren äußeren Umfangsbereich, insbesondere aus einer weichmagnetischen Fe-Legierung gebildet. In einer weiteren Variante ist nur der Umfangsbereich, insbesondere die Zahnräder, oder auch nur eine äußere Schicht durch hartmagnetisches Material gebildet und der innere Bereich durch weichmagnetisches oder unmagnetisches Material.
Die Kette (1') besteht aus weichmagnetischem Material und wird durch das Kettenrad angezogen. Die Kette wird zu dem gegenüberliegenden Kettenrad (2') geführt, welches eine S-N-Polarisierung (5') aufweist. Auch hier erfährt die Kette eine Anziehung. Nach dem Verlassen des Kettenrads (2') weist die Kette zumindest im Auslaufbereich (7) eine Restmagnetisierung auf. Die Polarisierung ist derjenigen des Kettenrads (2') entgegengesetzt. Zur weiteren Verbesserung der Dämpfung von Schwingungen und Vibrationen der Kette ist eine Spannschiene (3) vorgesehen, die eine Magnetisierung aufweist. Die Polarisierung ist dergestalt, dass die Kette angezogen wird. Durch diese Anordnung wird insbesondere bewirkt, dass die Kette sofort nach dem Ablösen vom Kettenrad (2') wieder fest geführt wird und sich keine stabiles Schwingen der Kette ausbilden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, gemäß 2 ist die Kette aus hartmagnetischem Material gebildet. Auch hier kann dieses Material weitere Anteile an sowohl hartmagnetischen, wie auch weich-, oder nichtmagnetischen Werkstoffen umfassen.
Ein erstes radial magnetisiertes Kettenrad (2) ist mit N-S-Polarisierung versehen. Die Kette weist entgegengesetzte Polarisierung auf, so dass sich Kette und Kettenrad anziehen. Das zweite Kettenrad (2') weist eine dem ersten Kettenrad gegensinnige Polarisierung auf; eine S-N-Polarisierung (5'). Hierdurch wird die Kette von dem Kettenrad (2') abgestoßen. Diese Anordnung erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn gemäß 2 das erste Kettenrad (2) im Uhrzeigersinn angetrieben ist, da dann die Ablösung der Kette im Kettenauslauf (4) besonders zügig verläuft, wodurch die Übertragung von Schall von Kette auf Kettenrad reduziert wird. Ebenso wird eine frühe Anziehung durch die Spannschiene (3) bewirkt, da die abstoßende Magnetkraft in deren Richtung wirkt. In der abgebildeten Ausführungsform besteht die Spannschiene aus weichmagnetischem Material. Ebenso kann sie aber auch aus magnetisiertem Material bestehen, bevorzugt mit einer Polarisierung, die die Kette anzieht.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung, entsprechend 3, ist die Kette aus weichmagnetischem Material gebildet. Das erste radial magnetisierte Kettenrad (2), das typischerweise im Uhrzeigersinn angetrieben ist weist eine N-S-Polarisierung (5) auf. Das zweite Kettenrad (2') ist mit diesem gleichsinnig polarisiert (5). Als Spannschiene (3) ist ein weichmagnetisches Material vorgesehen. Beim Verlassen des Kettenrades (2') weist die weichmagnetische Kette noch eine Restmagnetisierung auf. Durch diese Restmagnetisierung wird eine schwache Anziehung zwischen Kette und der Spannschiene bewirkt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, gemäß 4 ist die Kette wiederum aus hartmagnetischem Material gebildet. Auch hier kann dieses Material ein Composite-Material aus hartmagnetischen, wie auch aus weich-, oder nichtmagnetischen Werkstoffen sein.
Hierbei sind zwei Kettenräder (2, 2') mit gleichsinniger radialer S-N-Polarisierung (5') vorgesehen. Die Polarisierung der Kette ist dergestalt, dass sie von den beiden Kettenrädern abgestoßen wird. Auch die Spannschiene (3) ist magnetisiert, so dass die Kette eine Abstoßung erfährt.
5 zeigt einen Kettentrieb, wie er beispielsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen werden kann. Insbesondere kann eine derartige Anordnung zur Kraftübertragung eines Verbrennungsmotors auf die Getriebewelle genutzt werden. Die Anordnung besteht aus einer Kette (1), drei Kettenrädern (2) einer Spannschiene (3) und einer Gleitschiene (4). Das angetriebene Kettenrad befindet sich dabei auf der Oberseite und wird im Uhrzeigersinn angetrieben.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind im Kettenlauf zwischen den Kettenrädern Magnetisierungsmittel vorgesehen, um die magnetische Polarisierung der Kette zu verstärken. Dies ist insbesondere im Falle der hartmagnetischen Kette von Vorteil, da die Kette durch die fortlaufende mechanische Erschütterung im Betrieb schleichend entmagnetisiert wird.
Das Magnetisierungsmittel wird beispielsweise durch einen Elektromagneten gebildet. Ebenso können magnetisch polarisierte Spannschiene oder Gleitschiene als Magnetisierungsmittel wirken.

Claims

Magnetischer Kettentrieb, umfassend mindestens zwei Kettenräder (2, 2') die eine permanente radiale magnetische Polarisierung aufweisen, so dass alle Zahnräder eines Kettenrads dieselbe Polarisierung besitzen und eine Kette (1) dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (1) aus weichmagnetischem Material oder aus hartmagnetischem Material mit einer der Polarisierung der Kettenräder entgegengesetzten Polarisierung gebildet ist, so dass sich alle hartmagnetischen Kettenräder und die Kette anziehen.
Magnetischer Kettentrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der magnetisierten Kettenräder entgegengesetzt polarisiert sind und die Kette aus weichmagnetischem Material gebildet ist, so dass sich alle hartmagnetischen Kettenräder und die Kette anziehen.
Magnetischer Kettentrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weichmagnetische Kette zumindest in einer Auslaufzone (4) eine Restmagnetisierung aufweist.
Magnetischer Kettentrieb, umfassend mindestens zwei Kettenräder (2, 2'), die eine permanente radiale magnetische Polarisierung aufweisen, so dass alle Zahnräder eines Kettenrads dieselbe Polarisierung besitzen, und eine Kette (1) dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (1'') aus hartmagnetischem Material mit einer der Polarisierung mindestens eines Kettenrades (2) gleichsinnigen Polarisierung gebildet ist, so dass sich mindestens ein hartmagnetisches Kettenrad und die Kette abstoßen.
Magnetischer Kettentrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zahnräder gleichsinnig polarisiert sind und die Kette (1'') aus hartmagnetischem Material von allen Kettenrädern abgestoßen wird.
Magnetischer Kettentrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Zahnräder entgegengesetzt polarisiert sind und die Kette (1) aus hartmagnetischem Material von mindestens einem Kettenrad angezogen und mindestens einem Kettenrad abgestoßen wird.
Magnetischer Kettentrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasttrum die Kette anzieht und das Lostrum die Kette abstößt.
Magnetischer Kettentrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kettenlauf zwischen den Zahnrädern Magnetisierungsmittel für die Kette vorgesehen sind, um deren magnetische Polarisierung zu verstärken.
Magnetischer Kettentrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetisierungsmittel durch einen Elektromagneten gebildet ist.
Magnetischer Kettentrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Spannschienen (3) und/oder Gleitschienen (4) vorgesehen sind die aus weichmagnetischem Material bestehen.
Magnetischer Kettentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Spannschienen oder Gleitschienen vorgesehen sind die aus hartmagnetischem Material bestehen.
Magnetischer Kettentrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannschiene (3) vorgesehen ist, die in der Art polarisiert ist, dass sie die Kette anzieht.
Magnetischer Kettentrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleitschiene (4) vorgesehen ist, die in der Art polarisiert ist, dass sie die Kette abstößt.
Magnetischer Kettentrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er drei Kettenräder, eine Kette, eine Gleit- und eine Spannschiene umfasst.
Magnetischer Kettentrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, mindestens ein magnetisches Kettenrad aus einem hartmagnetischen Kernbereich und weichmagnetischen Zahnrädern gebildet ist.
Magnetischer Kettentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass, mindestens ein magnetisches Kettenrad aus einem weich- oder unmagnetischem Kernbereich und permanent magnetisierten Zahnrädern, oder Oberflächenbereich gebildet ist.
Verwendung eines Kettentriebs nach einem der vorangegangenen Ansprüche im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen oder Krafträdern.
Verwendung eines Kettentriebs nach einem der vorangegangenen Ansprüche in Werkzeugmaschinen.
Verfahren zur Dämpfung von Schwingungen oder Vibrationen in Kettentrieben des Antriebsstrangs von Kraftfahrzeugen mithilfe magnetisierter Elemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingen oder Vibrieren der Kette im angetriebenen Zustand entweder durch magnetische Anziehung oder durch magnetische Abstoßung von den Kettenrädern reduziert wird.