DE102005008677A1

DE102005008677A1 - Zahnrad für einen Hülsen- oder Rollenkettentrieb

Info

Publication number: DE102005008677A1
Application number: DE200510008677
Authority: DE
Inventors: Alexander Schmidt; Stefan Mehmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-26
Also published as: DE102005008677B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad (9, 10) für einen Hülsen- oder Rollenkettentrieb (7), insbesondere einen Kettentrieb einer Verbrennungskraftmaschine (1), mit einer Außenverzahnung (12), die eine Mehrzahl von Zähnen (13) und Zahnlücken (17) zwischen den Zähnen (13) aufweist. Die Erfindung betrifft weiter einen Hülsen- oder Rollenkettentrieb (7) mit einem solchen Zahnrad (9, 10) und eine Verbrennungskraftmaschine (1) mit einem solchen Kettentrieb (7). Um Schwingungen oder Spannungsschwankungen in der Kette (8) des Kettentriebs (7) zu vermeiden oder zu reduzieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass sich der Abstand (r¶TK¶) zwischen einer Drehachse (18) und einem Teilkreis (23) des Zahnrades (9, 10) entlang seines Umfangs verändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zum Antrieb einer Nockenwelle, einer Steuerwelle, einer Ausgleichswelle oder einer Antriebswelle eines Nebenaggregats einer Verbrennungskraftmaschine. Die Erfindung betrifft weiter einen Kettentrieb mit einer Hülsen- oder Rollenkette und mindestens einem solchen Zahnrad, sowie eine Verbrennungskraftmaschine, bei der mindestens ein solches Zahnrad als Teil eines die Kurbelwelle mit einer Nocken-, Steuer- oder Ausgleichswelle oder einer Antriebswelle eines Nebenaggregats verbindenden Hülsen- oder Rollenkettentriebs auf der Kurbelwelle und/oder auf der Nocken-, Steuer- oder Ausgleichswelle bzw. auf der Antriebswelle des Nebenaggregats angebracht ist.
Der Antrieb von Nocken-, Steuer- oder Ausgleichswellen von Verbrennungskraftmaschinen und/oder von Antriebswellen von Nebenaggregaten kann unter anderem mittels eines Hülsen- oder Rollenkettentriebs erfolgen, der eine von der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetriebene Hülsen- oder Rollenkette umfasst, die mit einem Zahnrad auf der jeweils angetriebenen Welle im Zahneingriff steht, um dieses in Synchronisation mit der Drehung der Kurbelwelle anzutreiben.
Weil jedoch die Kurbelwelle von Verbrennungskraftmaschinen im Betrieb Drehschwankungen oder Drehungleichförmigkeiten unterliegt und weil das Öffnen und Schließen der Ventile der Verbrennungsmaschine durch die Nockenwelle zu Wechselmomenten oder Torsionsschwingungen in den Zahnrädern auf der Nockenwelle führt, kann es in den Hülsen- oder Rollenketten zu Schwankungen der Kettenspannung bzw. zu Lastschwankungen kommen, die nicht nur zu einem höheren Verschleiß und zu einer geringeren Lebensdauer der Ketten sondern auch zum Auftreten von unerwünschten Geräuschen führen können.

Um dies zu vermeiden, wird in der DE 203 19 172 U1 bereits vorgeschlagen, als Zahnrad für einen Riemen- oder Kettentrieb eines Verbrennungsmotors eine nichtkreisförmige Rotationskomponente zu verwenden, bei der entweder der Abstand zwischen der Dreh achse und den Mittelpunkten von Zahnkronen der Zähne entlang eines die Zahnkronen verbindenden Kopfkreises der Zähne variiert, oder deren Breite bei einer gegebenen Tiefe und einer konstanten Breite der Zahnlücken. Durch die unrunde Form des Kopfkreises der zuerst genannten Ausführungsform des Zahnrades werden entlang des Kopfkreises vorstehende Bereiche mit größerem Abstand von der Drehachse und zurückgezogene Bereiche mit geringerem Abstand von der Drehachse gebildet, deren Anzahl auf die Zylinderzahl des Verbrennungsmotors abgestimmt ist, um Schwingungen im Riemen- bzw. Kettentrieb zu vermeiden oder abzubauen. Die Lehre der DE 203 19 172 U1 ist jedoch nicht auf einen Hülsen- oder Rollenkettentrieb übertragbar, da dort andere Eingriffsverhältnisse herrschen.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad der eingangs genannten Art für einen Hülsen- oder Rollenkettentrieb zu entwickeln, bei dem sich in ähnlicher Weise Schwingungen oder Spannungsschwankungen im Kettentrieb vermeiden oder reduzieren lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich der Abstand zwischen einer Drehachse und einem Teilkreis des Zahnrades entlang seines Umfangs verändert.

Durch den Einsatz eines derartigen Zahnrades zur Übertragung von Drehmomenten von einer antreibenden Komponente, zum Beispiel einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, auf einen Hülsen- oder Rollenkettentrieb oder zur Übertragung von Drehmomenten vom Hülsen- oder Rollenkettentrieb auf eine angetriebene Komponente, zum Beispiel eine Nocken-, Steuer oder Ausgleichswelle der Verbrennungskraftmaschine, können die aufgrund von Drehschwingungen oder Drehschwankungen in der antreibenden und/oder in der angetriebenen Komponente in der Hülsen- oder Rollenkette des Kettentriebs hervorgerufenen Schwingungen und/oder Lastschwankungen vermindert oder ganz vermieden werden, wenn die Abstandsänderung des Teilkreises mit den Drehschwingungen oder Drehschwankungen der antreibenden bzw. angetriebenen Komponente synchronisiert, das heißt in geeigneter Weise an diese angepasst wird.

Darüber hinaus kann eine Übertragung von Drehschwingungen oder Drehschwankungen der antreibenden Komponente auf die angetriebene Komponente verhindert oder vermindert und damit die Laufruhe der angetriebenen Komponente verbessert werden.

Der im Rahmen dieser Anmeldung verwendete Begriff "Teilkreis des Zahnrades" ist dabei in üblicher Weise als die Wirklinie definiert, die durch die Mittelpunkte der Hülsen oder Rollen, der mit dem Zahnrad im Zahneingriff stehenden Kette des Kettentriebs verläuft.

Genauer gesagt ist der Teilkreis bei dem erfindungsgemäßen Zahnrad jedoch eigentlich kein Kreis im engeren Sinn, sondern "unrund", d.h. nicht-kreisförmig. Jedoch ist der Umfang eines durch Auftragen der Teilungen dieses Zahnrades gebildeten unregelmäßigen Teilungspolygons identisch mit dem Umfang des ebenfalls durch Auftragen der Teilungen gebildeten regelmäßigen Teilungspolygons eines mit einer Hülsen- oder Rollenkette im Eingriff stehenden konventionellen Zahnrades mit "rundem", d.h. exakt kreisförmigem Teilkreis, das dieselbe Zähnezahl und dieselbe Teilung aufweist, d.h. denselben Abstand zwischen gleichgerichteten Zahnflanken benachbarter Zähne.

Infolge des "unrunden" Teilkreises verändern sich auch die von den Radien durch die Mitten der Zähne eingeschlossenen Winkel über den Umfang des Zahnrades, im Gegensatz zum konventionellen Zahnrad, wo sie über den Umfang des Zahnrades dieselben sind.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich der Abstand zwischen der Drehachse und dem Teilkreis des Zahnrades sinusförmig verändert.

Dieser Abstand, der dem Abstand zwischen den Ecken des Teilungspolygons und der Drehachse des Zahnrades entspricht und unter Verwendung üblicher Begriffe hier auch vereinfacht als über den Umfang veränderlicher "Radius" r_TK des "unrunden" Teilkreises bezeichnet wird, wird bevorzugt durch eine Summenformel winkelabhängig wie folgt beschrieben:

wobei

r₀:: Radius des "runden" Teilkreises eines entsprechenden idealen Zahnrads,
x:: Kompensationszahl, die so gewählt ist, dass der Umfang des unregelmäßigen Teilungspolygons des "unrunden" Teilkreises mit dem Umfang des regelmäßigen Teilungspolygons des "runden" Teilkreises identisch ist,
n:: natürliche Zahl, die von 1 bis n_max gehen kann
n_max:: n_max ≤ z/2, wobei z die Zähnezahl des Zahnrades ist
a_n:: gewünschter Unrundheitsfaktor
φ_n:: Winkel für eine gewünschte Phasenverschiebung
φ:: Winkel von 0,0° bis 360,0°

Der gewünschte Unrundheitsfaktor a_n und die entsprechende Phasenverschiebung φ_n sind an jedem Zahnrad so zu wählen, dass sich die angestrebte Beseitigung bzw. Verminderung von Lastschwankungen und Schwingungen einstellt.

Bei Verwendung dieser Summenformel weist der Abstand zwischen der Drehachse und dem Teilkreis eine Anzahl von Abstandsmaxima und eine entsprechende Anzahl von Abstandsminima auf, wobei sich für den Teilkreis des Zahnrades je nach Anzahl der Abstandsmaxima und Abstandsminima eine biovale, triovale, tetraovale, pentaovale oder hexaovale Form oder gegebenenfalls auch eine durch Überlagerung derartiger Formen gebildete Form ergibt.

Was die anderen Abmessungen des erfindungsgemäßen Zahnrades angeht, so ist sein Fußkreis gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls "unrund", das heißt er weist entlang des Umfangs einen veränderlichen Abstand von der Drehachse auf. Die Veränderung des Abstands folgt dabei zweckmäßig der Veränderung des Abstands zwischen der Drehachse und dem Teilkreis. Mit anderen Worten weist der Fußkreis seine Abstandsminima und Abstandsmaxima in Umfangsrichtung gesehen an den selben Stellen auf.

Für ein in jeder Zahnlücke angeordnetes Rollenbett kann somit ein Krümmungsradius gewählt werden, der über den Umfang des Zahnrades im Wesentlichen unverändert bleibt. Dabei werden die Krümmungsradien des Rollenbetts und Zahnflanken der Zähne des Zahnrades vorzugsweise so ausgeführt, dass ein ungestörter Ein- und Auslauf der Rollen bzw. Hülsen der Kette ermöglicht wird.

Der Abstand zwischen der Drehachse und einem Kopfkreis des Zahnrades kann demgegenüber beliebig sein, d.h. entlang des Umfangs gleich oder veränderlich. Demgegenüber wird dieser Abstand zwischen der Drehachse und dem Kopfkreis beim Gegenstand der DE 203 19 172 U1 als definiert veränderlich vorgegeben.

Wenn das Zahnrad als angetriebenes Zahnrad auf einer Nocken-, Steuer-, Ausgleichswelle einer Verbrennungskraftmaschine oder einer Antriebswelle eines Nebenaggregats angebracht ist und über eine Hülsen- oder Rollenkette eines Kettentrieb mit einem Zahnrad auf der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, oder wenn das Zahnrad als antreibendes Zahnrad drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist, wird die angestrebte Beseitigung bzw. Verminderung von Lastschwankungen und Schwingungen der Wellen bevorzugt dadurch erreicht, dass die Anzahl der Abstandsmaxima und der Abstandsminima jeweils in einem ganzzahligen Verhältnis zur Anzahl der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine steht.

Beispielsweise kann die 3. Motorordnung einer Sechszylinder-Verbrennungskraftmaschine in V-Bauweise im gewünschten Sinn beeinflusst werden, indem entweder ein Zahnrad mit triovalem Teilkreis, d.h. einem "unrunden" Teilkreis mit drei Ausbauchungen und drei Abflachungen entlang des Teilkreisumfangs auf der Kurbelwelle oder ein Zahnrad mit hexaovalem Teilkreis, d.h. einem Teilkreis mit sechs Ausbauchungen und sechs Abflachungen entlang des Teilkreisumfangs auf den Nockenwellen montiert wird. In entsprechender Weise kann eine Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine in Reihen-Bauweise durch ein Zahnrad mit einem biovalen (üblicherweise als oval bezeichneten) Teilkreis mit zwei Ausbauchungen und zwei Abflachungen auf der Kurbelwelle oder ein Zahnrad mit tetraovalem Teilkreis mit vier Ausbauchungen und vier Abflachungen auf der Nockenwelle beeinflusst werden, während auf eine Fünf- bzw. Sechsylinder-Verbrennungskraftmaschine in Reihen-Bauweise durch ein auf der Kurbelwelle oder der Nockenwelle montiertes Zahnrad mit pentaovalem bzw. hexaovalem Teilkreis, d.h. mit fünf bzw. sechs Ausbauchungen bzw. Abflachungen, Einfluss genommen werden kann.

Unter Umständen kann auch die Beeinflussung mehrerer Motorordnungen sinnvoll sein, wobei als Beispiel bei einer Sechszylinder-Verbrennungskraftmaschine in V-Bauweise eine Kombination eines Zahnrades mit tri- und hexaovalem Teilkreis an der Nockenwelle zur Beeinflussung der 1,5. und der 3. Motorordnung denkbar ist. Das Prinzip der vorlie genden Erfindung lässt sich allerdings nicht nur bei den angegebenen Bauformen von Verbrennungskraftmaschinen einsetzen, sondern auch bei allen übrigen Bauformen, und lässt sich auch auf andere zu beeinflussende Motorordnungen bzw. Kombinationen von Motorordnungen übertragen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines Rollenkettentriebs zwischen einer Kurbelwelle und zwei Nockenwellen einer Verbrennungskraftmaschine;
2: eine Darstellung eines Teils der Verzahnung eines Zahnrades des Rollenkettentriebs zur Begriffserläuterung;
3a: eine Darstellung eines Teilungspolygons eines konventionellen Zahnrades mit rundem Teilkreis;
3b: eine Darstellung eines Teilungspolygons eines erfindungsgemäßen Zahnrades mit "unrundem" Teilkreis;
4: eine Darstellung der Verzahnung eines erfindungsgemäßen Zahnrades mit biovalem Teilkreis;
5: eine Darstellung der Verzahnung eines erfindungsgemäßen Zahnrades mit triovalem Teilkreis;
6: eine Darstellung der Verzahnung eines erfindungsgemäßen Zahnrades mit tetraovalem Teilkreis;
7: eine Darstellung der Verzahnung eines erfindungsgemäßen Zahnrades mit hexaovalem Teilkreis.
Der in 1 nur teilweise dargestellte, als Vierzylinder-Reihenmotor ausgebildete Verbrennungsmotor 1 eines Kraftfahrzeugs umfasst in bekannter Weise eine mit den Kolben 2 (nur einer dargestellt) des Motors 1 verbundene Kurbelwelle 3 und zwei No ckenwellen 4 zur Steuerung von Ein- bzw. Auslassventilen 5 bzw. 6 seiner Zylinder (nicht dargestellt). Um die beiden Nockenwellen 4 in Synchronisation mit der Drehung der Kurbelwelle 3 anzutreiben, ist der Verbrennungsmotor 1 mit einem Rollenkettentrieb 7 versehen. Der Rollenkettentrieb 7 umfasst eine Rollenkette 8, die mit einem Zahnrad 9 auf der Kurbelwelle 3 und einem Zahnrad 10 auf jeder Nockenwelle 4 im Zahneingriff steht und durch eine freilaufende Spannschiene mit Spannelement 11 gespannt wird. Die Zahnräder 9 und 10 weisen jeweils eine Stirnverzahnung 12 auf. Der Durchmesser bzw. die Zähnezahl z der Zahnräder 10 auf den Nockenwellen 4 beträgt bei gleicher Teilung p das Zweifache des Durchmessers bzw. der Zähnezahl z des Zahnrades 9 auf der Kurbelwelle 3, so dass eine Umdrehung der Nockenwellen 4 zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 3 entspricht.
Der in der 1 dargestellte Kettentrieb 7 ist nur beispielhaft dargestellt und kann außer den beiden Nockenwellen 4 noch weitere Wellen antreiben, zum Beispiel Steuer- oder Ausgleichswellen oder eine Antriebswelle einer Kühlwasserpumpe des Verbrennungsmotors 1, die jedoch zur Vereinfachung nicht dargestellt sind.
Wie zur Erläuterung der verwendeten Begriffe in 2 an einem Teil der Stirn- oder Außenverzahnung 12 des Zahnrades 10 auf einer der beiden Nockenwellen 4 schematisch dargestellt, umfasst die Verzahnung 12 eine Mehrzahl von Zähnen 13, deren Anzahl bei den in den 4 bis 7 dargestellten Zahnrädern 19 beträgt. Die Zähne 13 weisen abgeflachte Zahnköpfe 14 auf, deren Abflachungen 15 auf einem Kopfkreis 16 des Zahnrades 10 liegen. Zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen 13 befindet sich eine Zahnlücke 17, die an ihrer der Drehachse 18 (in 2 nicht dargestellt) des Zahnrades 10 zugewandten Seite von einem zylindrischen Rollenbett 19 und daran angrenzend von zwei gegenüberliegenden gekrümmten Zahnflanken 20 der benachbarten Zähne 13 begrenzt wird. Eine Sohle 21 jedes Rollenbetts 19, d.h. diejenige Stelle mit dem geringsten Abstand von der Drehachse 18 des Zahnrades 10, liegt auf einem Fußkreis 22 des Zahnrades 10. Zwischen seinem Fußkreis 22 und seinem Kopfkreis 16 weist das Zahnrad 10 einen Teilkreis 23 auf, der durch die Mittelpunkte der Hülsen oder Rollen (in 2 nicht dargestellt) der mit dem Zahnrad 10 im Zahneingriff stehenden Hülsen- oder Rollenkette 8 des Kettentriebs 7 verläuft und auf dem die Mittelachse jedes zylindrischen Rollenbetts 19 liegt. Der Abstand zweier gleichgerichteter Zahnflanken 20 benachbarter Zähne 13 auf dem Teilkreis 23 wird als Teilung p bezeichnet, die mit der Zähnezahl z des Zahnrades 10 multipliziert den Teilkreisumfang ergibt.
Während konventionelle Zahnräder einen runden, d.h. exakt kreisförmigen Teilkreis 23 besitzen, so dass sich beim Auftragen sämtlicher Teilungen p ein in 3a dargestelltes regelmäßiges Teilungspolygon 24 mit einem entlang des Umfangs gleichbleibenden Abstand zwischen den Kanten des Polygons 24 und der Drehachse 18 des Zahnrades ergibt, können in 1 entweder das auf der Kurbelwelle 3 montierte Zahnrad 9 oder die auf den Nockenwellen 4 montierten Zahnräder 10 einen "unrunden" Teilkreis 23 aufweisen, wie in den 4 bis 7 an mehreren Beispielen dargestellt. Dadurch ergibt sich beim Auftragen sämtlicher Teilungen p ein unregelmäßiges Teilungspolygon 25, wie in 3b anhand eines Beispiels dargestellt, bei dem der Abstand der Kanten des Polygons 24 von der Drehachse 18 entlang des Umfangs variiert, wobei jedoch die Teilung p konstant bleibt. Wie in den 4 bis 7 dargestellt, verändert sich hingegen der Winkel φ_z zwischen zwei Radien R_z durch die Mitten benachbarter Zähne 13 entlang des Umfangs des jeweiligen Zahnrades 9, 10.
Bei dem Zahnrad 9 aus 4, dessen unregelmäßiges Teilungspolygon 25 in 3b dargestellt ist, weist der Teilkreis 23 eine biovoale (üblicherweise als oval bezeichnete) Form mit zwei Ausbauchungen 26 und zwei Abflachungen 27 entlang seines Umfangs auf, wobei der Winkelabstand zwischen zwei Ausbauchungen 26 bzw. zwei Abflachungen 27 jeweils 180 Grad beträgt. Bei gerader Zähnezahl z wäre das Zahnrad 9 spiegelsymmetrisch zu den Ebenen durch die Mitten der Ausbauchungen 26 bzw. durch die Mitten der Abflachungen 27, wo der Abstand zwischen dem Teilkreis 23 und der Drehachse 18 ein Maximum bzw. ein Minimum aufweist. Entlang des Umfangs des Teilkreises 23 weist dessen Abstand von der Drehachse 18 einen sinusförmigen Verlauf auf, wobei der vereinfacht als "Radius" r_TK des "unrunden" Teilkreises 23 bezeichnete Abstand von der Drehachse 18 durch eine Summenformel in Abhängigkeit vom Phasenwinkel φ wie folgt beschrieben werden kann:
wobei

r₀:: Radius des "runden" Teilkreises eines entsprechenden idealen Zahnrads,
x:: Kompensationszahl, die so gewählt ist, dass der Umfang des unregelmäßigen Teilungspolygons 25 des "unrunden" Teilkreises 23 mit dem Um fang des regelmäßigen Teilungspolygons 24 des "runden" Teilkreises 23 identisch ist,
n:: natürliche Zahl, die von 1 bis n_max gehen kann
n_max:: n_max ≤ z/2, wobei z die Zähnezahl des Zahnrades 9, 10 ist
a_n:: gewünschter Unrundheitsfaktor
φ_n:: Winkel für eine gewünschte Phasenverschiebung
φ:: Phasenwinkel von 0,0° bis 360,0°

Wie am besten in 4 dargestellt, ist der Kopfkreis 16 des Zahnrades 9 kreisförmig, kann jedoch auch nicht-kreisförmig sein, solange die Zahnköpfe 14 die Bedingung eines ungestörten Ein- und Auslaufs der Rollen bzw. Hülsen der Kette 8 erfüllen.
Im Gegensatz dazu folgt der Fußkreis 22 des Zahnrades 9 der Unrundheit des Teilkreises 23 und weist wie dieser Ausbauchungen und Abflachungen auf, die an denselben Stellen wie die Ausbauchungen 26 und die Abflachungen 27 des Teilkreises 23 angeordnet sind, d.h. denselben Phasenwinkel φ aufweisen, und genauso stark wie diese ausgeprägt sind. Dadurch kann das Rollenbett 19 in sämtlichen Zahnlücken 17 im Wesentlichen denselben Krümmungsradius aufweisen, der ebenso wie ein Krümmungsradius der Zahnflanken 20 so gewählt wird, dass ein ungestörter Ein- und Auslauf der Rollen bzw. Hülsen der Kette 8 ermöglicht wird.
Ein derartiges Zahnrad 9 kann zum Beispiel bei dem in 1 dargestellten Vierzylinder-Reihenmotor 1 auf der Kurbelwelle 3 montiert werden, um die 2. Motorordnung des Motors 1 zu beeinflussen. Zu demselben Zweck kann alternativ das in 6 dargestellte Zahnrad 10 mit tetraovalem Teilkreis 23 mit vier im Winkelabstand von jeweils 90 Grad angeordneten Abstandsmaxima 26 bzw. Abstandsminima 27 auf jeder der beiden Nockenwellen 4 montiert werden. Dabei wird die Ausrichtung des Zahnrades 9 auf der Kurbelwelle 3 bzw. die Ausrichtung der Zahnräder 10 auf den beiden Nockenwellen 4 so gewählt, dass sich die angestrebte Reduktion bzw. Beseitigung der Schwankungen von Kraft und Drehbewegung einstellt.
Hingegen kann das in 5 dargestellte Zahnrad 9 mit triovalem Teilkreis 23, d.h. einem Teilkreis 23 mit drei Ausbauchungen 26 bzw. Abstandsmaxima und drei Abflachungen 27 bzw. Abstandsminima im Winkelabstand von jeweils 120 Grad entlang des Teilkreisumfangs auf der Kurbelwelle 3 eines Sechszylinder-V-Motors montiert werden, um die 3. Motorordnung im gewünschten Sinn zu beeinflussen, oder alternativ das in 7 dargestellten Zahnrad 10 mit hexaovalem Teilkreis 23, d.h. einem Teilkreis mit sechs Ausbauchungen 26 und sechs Abflachungen 27, auf den Nockenwellen 4.

1: Verbrennungsmotor
2: Kolben
3: Kurbelwelle
4: Nockenwellen
5: Einlassventile
6: Auslassventile
7: Kettentrieb
8: Hülsen- oder Rollenkette
9: Zahnrad
10: Zahnrad
11: Spannschiene mit Spannelement
12: Verzahnung
13: Zahn
14: Zahnkopf
15: Abflachung
16: Kopfkreis
17: Zahnlücke
18: Drehachse
19: Rollenbett
20: Zahnflanken
21: Sohle
22: Fußkreis
23: Teilkreis
24: Teilungspolygon
25: Teilungspolygon
26: Ausbauchung
27: Abflachung
R_z: Zahnmittenradius
r_TK: Teilkreisradius
p: Teilung
φ_z: Winkel

Claims

Zahnrad für einen Hülsen- oder Rollenkettentrieb, insbesondere einen Kettentrieb einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Außenverzahnung, die eine Mehrzahl von Zähnen und Zahnlücken zwischen den Zähnen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand (r_TK) zwischen einer Drehachse (18) und einem Teilkreis (23) des Zahnrades (9, 10) entlang seines Umfangs verändert.
Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand (r_TK) zwischen der Drehachse (18) und dem Teilkreis (23) entlang des Umfangs sinusförmig verändert.
Zahnrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand (r_TK) des Teilkreises (23) von der Drehachse (18) entlang des Umfangs verändert, gemäß der Formel
Zahnrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (r_TK) zwischen der Drehachse (18) und dem Teilkreis (23) eine Anzahl von Abstandsmaxima (26) und eine entsprechende Anzahl von Abstandsminima (27) aufweist.
Zahnrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich beim Auftragen von Teilungen (p) des Zahnrades (9, 10) ein unregelmäßiges Teilungspolygon (25) ergibt.
Zahnrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreis (23) des Zahnrades (9, 10) eine biovale, triovale, tetraovale, pentaovale oder hexaovale Form aufweist.
Zahnrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreis (23) des Zahnrades (9, 10) eine Form aufweist, die sich durch Überlagerung einer biovalen, triovalen, tetraovalen, pentaovalen und/oder hexaovalen Form ergibt.
Zahnrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand (r_TK) zwischen der Drehachse (18) und einem Fußkreis (22) des Zahnrades (9, 10) entlang seines Umfangs verändert.
Zahnrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Abstands von der Drehachse (18) zum Fußkreis (22) der Veränderung des Abstands (r_TK) zum Teilkreis (23) folgt.
Zahnrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein von Radien (R_z) durch die Mitten benachbarter Zähne (13) eingeschlossener Winkel (φ_z) entlang des Umfangs des Zahnrades (9, 10) verändert.
Zahnrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in jeder Zahnlücke (17) angeordnetes Rollenbett (19) einen Krümmungsradius aufweist, der für alle Zahnlücken (17) im Wesentlichen derselbe ist.
Zahnrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Drehachse (18) und einem Kopfkreis (16) des Zahnrades (9, 10) entlang seines Umfangs gleich bleibt.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand zwischen der Drehachse (18) und einem Kopfkreis (16) des Zahnrades (9, 10) entlang seines Umfangs verändert.
Kettentrieb mit einer Hülsen- oder Rollenkette (8) sowie mindestens einem mit der Kette (8) im Zahneingriff stehenden Zahnrad (9, 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle und mindestens einer durch einen Hülsen- oder Rollenkettentrieb mit der Kurbelwelle verbundenen angetriebenen Welle, insbesondere einer Nocken-, Steuer- oder Ausgleichswelle oder einer Antriebswelle eines Nebenaggregats, dadurch gekennzeichnet, dass der Kettentrieb (7) eine Hülsen- oder Rollenkette (8) und mindestens ein mit der Kette (8) im Zahneingriff stehendes Zahnrad (9, 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreis (23) eine zu ihrer Zylinderzahl proportionale Anzahl von Abstandsmaxima (26) bzw. Abstandsminima (27) aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreis (23) eines auf der Kurbelwelle (3) montierten Zahnrades (9) bei einer Sechszylinder-Verbrennungskraftmaschine in V-Bauweise trioval ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreis (23) eines auf einer Nockenwelle (4) montierten Zahnrades (10) bei einer Sechszylinder-Verbrennungskraftmaschine in V-Bauweise hexaoval ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreis (23) eines auf der Kurbelwelle (3) montierten Zahnrades (9) bei einer Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine in Reihenbauweise bioval ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 15, 16 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreis (23) eines auf einer Nockenwelle (4) montierten Zahnrades (10) bei einer Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine in Reihenbauweise tetraoval ist.