DE102009017454A1

DE102009017454A1 - Zahnrad für eine Kette

Info

Publication number: DE102009017454A1
Application number: DE102009017454A
Authority: DE
Inventors: Shunji Nakanoshima Sakura; Masatoshi Nakanoshima Sonoda; Akira Nakanoshima Hirai
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2009-11-19
Also published as: KR101313949B1; US20090286640A1; JP2009275788A; KR20090118830A; JP4633819B2; CN101581357A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad (11, 21, 31, 41) für ein Kettengetriebe, das Zähne aufweist, die durch Zahnnuten (14, 24, 34, 44) zur Aufnahme von Rollen (52) oder Buchsen einer Getriebekette (50) voneinander getrennt sind, wobei in jeder Zahnnut (14, 24, 34, 44) einander gegenüberliegende Zahnflanken (12a, 12b, 22a, 22b, 32a, 32b, 42a, 42b) und ein Zahngrundbereich (13, 23, 33, 43) kontinuierlich miteinander verbunden sind, das Zahnrad (11, 21, 31, 41) eine wenigstens zwei unterschiedliche Teilungswinkel aufweist, die unregelmäßig in Umfangsrichtung über den Teilkreis (pc11, pc21, pc31, pc41) des Zahnrads verteilt angeordnet sind, der Fußkreisdurchmesser (df13, df23, df33, df43) des Zahnrads (11, 21, 31, 41) größer als der Fußkreisdurchmesser (df) eines standardgemäßen Zahnrads mit der gleichen Zähnezahl (z) ist, und die Zähne des Zahnrads (11, 21, 31, 41) als ein Teil einstückig mit dem Zahnrad (11, 21, 31, 41) gesintert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad für eine Kette, insbesondere für eine Getriebekette.
Ein Zahnrad hat üblicherweise eine Mehrzahl von Zähnen, die voneinander durch Zahnnuten voneinander getrennt sind, wobei jede Nut einen Zahngrund aufweist, der kontinuierlich in die einander gegenüberliegenden Zahnflankenflächen zweier benachbarter Zähne übergeht. Bei einem Kettengetriebe sind die Rollen einer Rollenkette oder die Buchsen einer Buchsenkette in Kontakt mit den Zahngründen. Es ist wünschenswert, die Geräusche, die erzeugt werden, wenn die Rollen einer Rollenkette oder die Buchsen einer Buchsenkette in Kontakt mit einem Zahnradzahn gelangen, zu verringern und ein reibungsloses Außerkontaktgelangen der Rollen oder Buchsen mit dem Zahnrad zu erreichen.
Kettengetriebe, bei denen eine Kette in Eingriff mit einem antreibenden Kettenrad und einem oder mehreren angetriebenen Kettenrädern ist, werden weit verbreitet verwendet. Unabhängig von der Umgebung, in welcher sie verwendet werden, ist es üblicherweise wünschenswert, den Geräuschpegel, der beim Betrieb eines derartigen Kettengetriebes entsteht, zu verringern.
Wenn das Kettengetriebe als Taktsteuergetriebe eines Verbrennungsmotors verwendet wird, um Energie von einer Motorkurbelwelle an eine oder mehrere Nockenwellen zum Betätigen von Ansaug- und Abgasventilen zu übertragen, muss sie den Anforderungen einer hohen Ausgangsleistung, einer hohen Verbrennungseffektivität und Umweltbelangen genügen. Somit besteht, obwohl die Belastung des Taktsteuergetriebes erhöht wurde, ein Konflikt mit dem Erfordernis einer Geräuschverringerung auf einen Geräuschpegel auf vernachlässigbarem Niveau. Maßnahmen zur Verringerung von Geräuschen in einem Fahrzeugmotor umfassen auch die Verwendung schallabsorbierender Materialien, wie beispielsweise Gummi. Jedoch wird es schwierig, wenn die Belastung des Taktsteuergetriebes auf einem hohen Niveau und die Kettenspannung groß sind, Geräusche ausreichend zu unterdrücken.
Derartigen Kettengetriebe sind in Japanischen Industriestandards (JIS) als JIS B1801-1997 (Übertragende Rollenkette und Buchsenkette) definiert, und die Zahnradzahnformen (S-Zahnform und U-Zahnform) sind ebenfalls in einer Referenz (”Gestalten und Größen von Zahnrädern”), die den JIS B 1801-1997 angehängt ist, definiert. Ferner sind Zahnformen für Ketten und Zahnräder gemäß internationalen Standards (ISO Zahnformen) in der ISO 606:1994(E) definiert. Herkömmliche Kettengetriebe, die Rollenketten oder Buchsenketten in Verbindung mit Zahnrädern verwenden, sind üblicherweise entsprechend diesen Standards hergestellt.
8 und 9 zeigen ein herkömmliches Kettengetriebe, das aus einer Standardrollenkette 80 und einem Standardzahnrad 90 mit einer ISO-Zahnform besteht. 9 ist eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs X von 8.

Die Zahnformen, die in den 8 und 9 gezeigt sind, sind durch die folgenden Beziehungen aus der ISO 606:1994(E) definiert.

d = p/sin(180°/z)	Teilkreisdurchmesser
df = d–d1	Fußkreisdurchmesser
dc = df	Durchmesser eines Innenkreises eines Zahnrades
	mit einer geraden Zähnezahl
dc = d·cos(90°/z)-d1	Durchmesser eines Innenkreises eines Zahnrades
	mit einer ungeraden Zähnezahl
re(max) = 0,12·d1(z + 2)	maximaler Radius eines Kopfkreises
ri(min) = 0,505·d1	minimaler Radius eines Zahngrundkreises
re(min) = 0,008·d1(z² + 180)	minimaler Radius des Kopfkreises
ri(max) = 0,505·d1 + 0,069(d1)	^1/3maximaler Radius des Zahngrundkreises

Bei den oben stehenden Formeln sind:

p: die Kettenteilung der Rollenkette
d: ein Teilkreisdurchmesser
d1: der Außendurchmesser einer Rolle
df: der Durchmesser des Nut-Grundkreises, d. h. der Fußkreisdurchmesser
dc: ein Durchmesser eines Innenkreises
re(max): der maximale Radius des Kopfkreises
re(min): der minimale Radius des Kopfkreises
ri(max): der maximale Radius des Zahngrundbogens
ri(min): der minimale Radius des Zahngrundbogens
z: die Zähnezahl

In den 8 und 9 ist pa die Fußkreisteilung entlang Kreissehnen des Zahnrads, welche gleich der Kettenteilung p ist. Wie aus den oben genannten Formeln offensichtlich ist, hat bei dem standardgemäßen Zahnrad 90, das in 9 gezeigt ist, der Zahngrund 93 der ISO-Zahnform in Gestalt eines Bogens mit einem Radius ri, der etwas größer als der Radius der Rolle 82, d. h. d1/2, ist. Die Zahnflanke 92 ist mit einem Bogen ausgebildet, der einen Radius re hat. Die Zahnflanken 92 auf beiden Seiten einer Zahnnut gehen kontinuierlich in den Zahngrund 93 über. Der Durchmesser df des Fußkreises ist gleich der Differenz zwischen dem Teilkreisdurchmesser d und dem Außendurchmesser d1 einer Rolle. Der Durchmesser df des Fußkreises ist im Wesentlichen gleich der Differenz zwischen dem Teilkreisdurchmesser d und zweimal dem Radius ri des Zahngrundbogens.
Die herkömmliche Kette 80 weist innere Laschen und äußere Laschen auf, die abwechselnd und einander überlappend entlang der Länge der Kette angeordnet sind. Bei jedem der inneren Laschen sind beide Enden jeder der zwei dazwischen angeordneten Buchsen in ein Paar Buchsenöffnungen der inneren Laschen eingepresst. Rollen, die jeweils einen Außendurchmesser d1 haben, sind drehbar auf den Buchsen gelagert. Bei jeder äußeren Lasche sind jeweils die beiden Enden von Verbindungsstiften in Stiftöffnungen der äußeren Laschen eingepresst. Die Kette wird derart zusammengebaut, dass zwei Verbindungsstifte einer äußeren Lasche sich durch Buchsen unterschiedlicher benachbarter innerer Laschen erstrecken, so dass die Laschen miteinander verbunden werden. Die Buchsen sind drehbar auf den Verbindungsstiften gelagert, so dass die Kette gebogen werden kann. Die standardgemäße Rollenkette 80 weist eine gleichmäßige Kettenteilung p auf, d. h. ein gleichmäßiger Abstand zwischen den Mitten ihrer jeweiligen Rollen.
Bei diesem standardgemäßen Zahnrad 90, wie es in den 8 und 9 dargestellt ist, sind der Zahngrund 93 und die Zahnflanken 92, die kontinuierlich mit dem Zahngrund 93 ausgebildet sind, spiegelbildlich bezüglich einer Mittellinie X ausgebildet, die sich radial vom Drehmittelpunkt O des Zahnrads 90 durch die Mitte des Zahngrunds 93 erstreckt. Der Zahnform Teilungswinkel θ ist der Winkel, der durch benachbarte Mittellinien X gebildet wird, und wird durch die Zähnezahl z des Zahnrads 90 bestimmt. D. h. der Teilungswinkel ergibt sich aus θ = 360°/z. Die Zahnform-Teilung pa ist der Abstand zwischen Schnittpunkten a, in denen sich die radialen Mittellinien X mit dem Teilkreis pc schneiden. Deshalb ist die Zahnform-Teilung pa die Länge einer Sehne, die dem Zahnform-Teilungswinkel θ entspricht. Da bei dem standardgemäßen Zahnrad 90 die Teilungswinkel θ alle gleich sind, ist auch die Zahnform-Teilung pa entlang den Kreissehnen entlang des Umfangs des Teilkreises pc gleich. Ferner ist die Zahnform-Teilung pa entlang den Kreissehnen gleich der Teilung p der Kette.
Bei einer anderen Strategie, um die Kontaktgeräusche zu verringern, welche in der geprüften Japanischen Patentanmeldung Hei 7-18478 beschrieben ist, ist der Außendurchmesser der Rollen einer Rollenkette größer als die standardgemäße Größe, so dass, wenn jede Rolle an einander gegenüberliegenden Flächen eines Paares benachbarter Zähne anliegt, ein Spalt zwischen der Rolle und dem Zahngrund besteht. Der Zahngrund hat die Gestalt eines Bogens mit einem Durchmesser, der etwas kleiner als der Außendurchmesser der Rolle ist. Wenn die Rolle an den Zahnflanken entlang gleitet und im Zahngrund positioniert ist, erfolgt eine elastische Deformation der Rolle und/oder der Zahnflanken.
Bei einer herkömmlichen Getriebevorrichtung, die eine standardgemäße Rollenkette und ein standardgemäßes Zahnrad aufweist, bewegt sich, wenn sich das Zahnrad im Uhrzeigersinn dreht, wie in 8 dargestellt, eine nachfolgende Rolle 82 relativ zu einer eingreifenden vorhergehenden Rolle in einem Bogen, der einen Radius gleich der Kettenteilung p hat. Die nachfolgende Rolle trifft dann im Wesentlichen in einem rechten Winkel auf einen Zahngrund auf. Somit wird, nach dem Kontakt der nachfolgenden Rolle 82 mit dem Zahngrund, die Energie der Rolle ohne Dämpfung an den Zahngrundbereich übertragen, was viele Schwingungen und Geräusche erzeugt.
Da die Zahnform-Teilung pa auf der Kreissehne des standardgemäßen Zahnrads 90 die gleiche wie eine Teilung p der standardgemäßen Rollenkette 80 ist, liegt jede Rolle 82 am Zahngrund des standardgemäßen Zahnrads 90 in der gleichen Anlageposition an. Deshalb ist der Zeitpunkt der Rollenkontakte mit den Zahngründen des Zahnrads gleichmäßig und die Schwingungsfrequenz und die Geräusche, die erzeugt werden, entsprechen der Anzahl der Zahnradzähne.
Bei der geräuscharmen Getriebekette, die in der geprüften Japanischen Patentanmeldung Hei 7-18478 offenbart ist, bilden eine Tangente an die Position, in welcher die Rolle an eine Zahnflanke anliegt, wenn die Rolle im Zahngrund sitzt, und eine Linie, welche die Mitte der Rolle und die Mitte des Zahnrads verbindet, einen kleinen Winkel. Eine elastische Deformation der Rolle und/oder der Zahnflanke findet statt, und der Stoß wird vermindert, so dass die Kontaktgeräusche verringert werden. Jedoch wird, da die Rolle zwischen einander gegenüberliegenden Zahnflanken eingeschlossen wird, ein reibungsloses Außerkontaktgelangen der Rolle vom Zahnrad verhindert, und Schwingungen treten in der Kette auf der Seite auf, an welcher die Kette außer Eingriff mit dem Zahnrad gelangt, was Geräusche erzeugt.
Folglich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ein Zahnrad zur Verfügung zu stellen, bei dem die Schwingungen und Geräusche verringert werden, und bei dem eine Kette sich möglichst reibungslos vom Zahnrad trennt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Zahnrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Zahnrad ist ein Zahnrad für ein Kettengetriebe, das Zähne aufweist, die durch Zahnnuten zur Aufnahme von Rollen oder Buchsen einer Getriebekette voneinander getrennt sind, wobei in jeder Zahnnut einander gegenüberliegende Zahnflanken und ein Zahngrundbereich kontinuierlich miteinander verbunden sind, wobei das Zahnrad eine wenigstens zwei unterschiedliche Teilungswinkel aufweist, die unregelmäßig in Umfangsrichtung über den Teilkreis des Zahnrads verteilt angeordnet sind, der Fußkreisdurchmesser des Zahnrads größer als der Fußkreisdurchmesser eines standardgemäßen Zahnrads mit der gleichen Zähnezahl ist, und die Zähne des Zahnrads als ein Teil einstückig mit dem Zahnrad gesintert ist.
Der Zeitpunkt des Zusammentreffens der Rollen der Kette oder der Buchsen der Kette mit dem Zahnrad wird verschoben, und die kinetische Energie eines Stoßes der Rollen oder Buchsen mit den Zahnradzähnen wird verringert. Schwingungen mit einer Frequenz, welche der Anzahl der Zahnradzähne multipliziert mit der Umdrehungszahl des Zahnrads entspricht, werden daher verringert. Ferner wird, da es einen großen Unterschied zwischen dem Gesamtgeräusch und dem Geräusch in der Frequenz entsprechend der Zähnezahl des Zahnrades multipliziert mit der Umdrehungszahl des Zahnrades gibt, eine ”Anhäufung” von Geräuschen bestimmter Frequenzen verringert. Dabei erfolgt bei einem Zahnrad mit unregelmäßiger Teilung der Zähne ein Gleitkontakt zwischen den Zahnflanken des Zahnrads und den Rollen oder Buchsen der Kette auf Grund der unterschiedlichen Teilung des Zahnrads an unterschiedlichen Stellen. Auf Grund der unterschiedlichen Stellen, an denen der Gleitkontakt stattfindet, besteht die Gefahr, dass übermäßige Reibungsgeräusche auftreten. Da jedoch beim erfindungsgemäßen Zahnrad die Zähne mittels Sinterns hergestellt sind, wird die Fähigkeit, Schmiermittel an den Zahnradoberflächen zu halten, wesentlich verbessert, so dass diese Reibungsgeräusche verringert werden können, so dass insgesamt ein Zahnrad mit unregelmäßiger Teilung deutlich verbessert wird.
Da die Zähne eine Mehrzahl unterschiedlicher Teilungswinkel aufweisen, die unregelmäßig in Umfangsrichtung des Teilkreises angeordnet sind, wobei der der Fußkreisdurchmesser des Zahnrads größer als der Fußkreisdurchmesser eines standardgemäßen Zahnrads mit der gleichen Zähnezahl ist, wird die Größe der Zahnradzähne verringert. Dabei können Schwingungen und Geräusche ohne Verlust der Haltbarkeit verringert werden. Darüberhinaus ist, da die Zähne einstückig mittels Sinterns hergestellt werden, keine spanabhebende Bearbeitung, welche eine komplizierte Steuerung benötigt, erforderlich, so dass das Zahnrad erlativ einfach hergestellt werden kann, obwohl es eine Mehrzahl unterschiedlicher Teilungswinkel aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Zahnrad Zahnform-Teilungswinkel θ – Δθ und θ + 2Δθ auf, die unregelmäßig in Umfangsrichtung über den Teilkreis des Zahnrads verteilt angeordnet sind, wobei θ der standardgemäße Zahnform-Teilungswinkel ist.
Hierbei sind bevorzugt doppelt so viele Teilungswinkel θ – Δθ wie Teilungswinkel θ + 2Δθ vorgesehen sind.
Alternativ kann das Zahnrad die Zahnform-Teilungswinkel θ, θ – Δθ und θ + Δθ aufweisen, die unregelmäßig in Umfangsrichtung über den Teilkreis des Zahnrads verteilt angeordnet sind, wobei θ der standardgemäße Zahnform-Teilungswinkel ist.
Hierbei sind bevorzugt gleich viele Teilungswinkel θ – Δθ wie Teilungswinkel + Δθ vorgesehen.
Wenn das Zahnrad nur zwei oder drei unterschiedliche Teilungswinkel aufweist, wird auch die Herstellung mittels Sinterns vereinfacht.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Ansicht eines Bereichs eines Zahnrads gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel,
2 eine Ansicht eines Bereichs eines Zahnrads gemäß dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel,
3 eine Ansicht eines Bereichs eines Zahnrads gemäß dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel,
4 eine Ansicht eines Bereichs eines Zahnrads gemäß dem siebten und achten Ausführungsbeispiel,
5 eine Ansicht eines Bereichs einer herkömmlichen Kette und eines erfindungsgemäßen Zahnrads, welche den Kontakt der Kette mit dem Zahnrad zeigt,
6 eine Ansicht eines Bereichs einer herkömmlichen Kette und eines Zahnrads gemäß dem ersten, dritte, fünften und siebten Ausführungsbeispiel, welche den Kontakt der Kette mit dem Zahnrad zeigt,
7 eine Ansicht eines Bereichs einer herkömmlichen Kette und eines Zahnrads gemäß dem zweiten, vierten, sechsten und achten Ausführungsbeispiel, welche den Kontakt der Kette mit dem Zahnrad zeigt,
8 eine Ansicht eines Bereichs einer herkömmlichen Kette und eines herkömmlichen Zahnrads, welche den Kontakt der Kette mit dem Zahnrad zeigt, und
9 eine vergrößerte Ansicht eines mit X bezeichneten Bereichs des herkömmlichen Zahnrads von 8.
Ganz allgemein hat ein erfindungsgemäßes Zahnrad wenigstens zwei unterschiedliche Teilungswinkel, die in Umfangsrichtung unregelmäßig über den Teilkreis des Zahnrads verteilt angeordnet sind. Der Fußkreisdurchmesser des Zahnrads ist größer als der Fußkreisdurchmesser eines standardgemäßen Zahnrads mit der gleichen Zähnezahl. Die Zähne sind einstückig als ein Teil des Zahnrads mittels Sinterns geformt.
Schwingungen und Geräusche, die erzeugt werden, wenn eine Kette in Eingriff mit dem Zahnrad gelangt, können durch eine Optimierung der Zahnformen und der Teilungswinkel des Zahnrads verringert werden, und das Außereingriffgelangen einer Kette vom Zahnrad kann reibungslos erfolgen. Die Herstellung des Zahnrads ist einfach und Reibungsgeräusche werden verringert. Das Zahnrad kann eine beliebige geeignete Zähnezahl und eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Teilungswinkel haben. Im Falle von drei oder mehr Teilungswinkeln kann das Zahnrad Teilungswinkel entsprechend denen eines herkömmlichen Zahnrads mit der gleichen Zähnezahl haben. Die Vorteile der Erfindung können durch verschiedene Ausführungsbeispiele realisiert werden, von denen beispielhaft mehrere im Folgenden beschrieben werden.
Ein Zahnrad 11 (siehe 6) mit einer Zahnform 11a, wie in 1 dargestellt, ist dazu geeignet mit einer standardgemäßen Rollenkette 50 verwendet zu werden. Bei dem Zahnrad 11 haben benachbarte Zähne 15 einander gegenüberliegende Zahnflanken 12a und 12b und sind durch eine Zahnnut 14 mit einem Zahngrundbereich 13 voneinander getrennt, über welchen die Zahnflanken 12a und 12b kontinuierlich verbunden sind. Zu Vergleichszwecken ist in 1 auch die standardgemäße ISO-Zahnform in gestrichelten Linien dargestellt.
Die Zahnflanke 12a auf der Vorderseite eines Zahns in Drehrichtung des Zahnrads 11 und die Zahnflanke 12b auf der Rückseite des vorhergehenden Zahns sind spiegelbildlich bezüglich einer Mittellinie X, die sich vom Drehmittelpunkt des Zahnrads 11 durch die Mitte des Zahngrundbereichs 13 zwischen den beiden Zähnen erstreckt. Jede der Zahnflanken 12a und 12b hat die Gestalt eines konvexen Bogens. Diese Bogen, welche die Zahnflanken 12a uns 12b formen, haben die Radien re12a bzw. re12b, wobei beide Radien größer als der Radius re (vgl. 9) der bogenförmigen Zahnflanken der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: re12a > re und re12b > re.
Der Zahngrundbereich 13 hat die Gestalt eines Bogens mit seiner Mitte auf der Zahngrund-Mittellinie X, welcher den Radius ri13 hat, der größer als der Radius re (vgl. 9) des bogenförmigen Zahngrundbereichs der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: ri13 > ri.
Die Mitte dieses bogenförmigen Zahngrundbereichs 13 befindet sich im Vergleich zu der Mitte eines bogenförmigen Zahngrundbereichs eines Zahnrads mit gleicher Zähnezahl und mit der standardgemäßen ISO-Zahnform radial außerhalb auf der Mittellinie X. Auf Grund dieser weiter außen angeordneten Mitte des bogenförmigen Zahngrundbereichs 13 im Vergleich mit einem Zahnrad mit standardgemäßer ISO-Zahnform ist der Zahngrundkreisdurchmesser des Zahngrads größer als der Zahngrundkreisdurchmeser eines standardgemäßen Zahnrads. Insbesondere, wenn die Zähnezahl z der Zähne des Zahnrads 11 gerade ist, ist der Zahngrundkreisdurchmeser df13 größer als ein Zahngrundkreisdurchmeser df eines Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: df13 > df. Alternativ ist, wenn die Zähnezahl z der Zähne des Zahnrads 11 ungerade ist, der Innenkreisdurchmesser dc13 größer als ein Innenkreisdurchmesser dc eines Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: dc13 > dc.
Ferner ist, da der Zahngrundkreisdurchmeser df13 oder der Innenkreisdurchmesser dc13 größer als der Zahngrundkreisdurchmeser df bzw. der Innenkreisdurchmesser dc eines standardgemäßen Zahnrads mit ISO-Zahnform ist, die Teilung pa11 entlang der Kreissehne des Zahnrads 11 (d. h. der Abstand zwischen aufeinanderfolgende Schnittpunkten a des Teilkreises pc11 mit den Mittellinien X der Zahngrundbereiche) größer als eine Teilung pa (d. h. der Abstand zwischen aufeinanderfolgende Schnittpunkten a des Teilkreises pc mit den Mittellinien X der Zahngrundbereiche) entlang der Kreissehne des ISO-Standard-Zahnrads. Das heißt, pa11 > pa.
Da das Zahnrad 11 für eine Verwendung mit einer standardgemäßen Rollenkette 50 geeignet ist, ist die Teilung pa entlang der Kreissehne des Zahnrads eines standardgemäßen Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform gleich der Kettenteilung p (d. h. dem Abstand zwischen den Mitten der aufeinanderfolgenden Rollen 52) der standardgemäßen Rollenkette 50. Andererseits ist die Teilung pa11 entlang der Kreissehne des Zahnrads 11 größer als die Kettenteilung p der standardgemäßen Rollenkette 50. D. h. es gilt: pa11 > p.
Andererseits hat das Zahnrad 11 zwei Arten von Zahnform-Teilungswinkeln, nämlich θ – Δθ und θ + 2Δθ, die unterschiedliche Größen haben. Das heißt, der Zahnform-Teilungswinkel θ – Δθ ist um Δθ kleiner als der standardgemäße Teilungswinkel θ, und der Zahnform-Teilungswinkel θ + 2Δθ ist um 2Δθ größer als der standardgemäße Teilungswinkel θ. Δθ muss kleiner als 1/4 des standardgemäßen Teilungswinkels θ sein (d. h. es gilt: Δθ < θ/4). Dieser Bereich ist erforderlich, um einen Kontakt des Zahnrads mit den Rollen 52 zu ermöglichen. Insbesondere ist, da das Zahnrad 11 achzehn Zähne hat und der Teilungswinkel θ sich ergibt aus θ = 360°/z, der standardgemäße Teilungswinkel θ für das Zahnrad 11 20°. Damit Δθ der obigen Beziehung Δθ < θ/4 genügt, muss Δθ kleiner als 5° sein. Die Summe aller Teilungswinkel θ – Δθ und θ + 2Δθ beträgt 360° oder 2π.
Beim Zahnrad 11 sind die zwei Arten von Teilungswinkeln θ – Δθ und θ + 2Δθ unregelmäßig über den Umfang des Teilkreises pc angeordnet, wobei jeweils auf Gruppen von zwei aufeinanderfolgenden Teilungswinkeln θ – Δθ ein Teilungswinkel θ + 2Δθ folgt, wie in 6 dargestellt.
Der Eingriff des Zahnrades 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der standardgemäßen Rollenkette 50 ist in 6 dargestellt. Die Teilung pa11 entlang entlang der Kreissehne des Zahnrads (vgl. 1) wird auf die gleiche Weise bestimmt, wie die Zahnform-Teilungen pa1 und pa2 (vgl. 6).
Da die standardgemäße Rollenkette 50 eine gleichmäßige Kettenteilung p und das Zahnrad 11 (vgl. 6) zwei unterschiedliche Zahnform-Teilungswinkel θ – Δθ und θ + 2Δθ haben, und diese Zahnform Teilungswinkel unregelmäßig in Umfangsrichtung über den Teilkreis pc in Gruppen bestehend aus Teilungswinkeln θ – Δθ gefolgt von einem θ + 2Δθ angeordnet sind, bewegt sich eine Rolle 52, wenn sich das Zahnrad 11 dreht, relativ zur Mitte O1 einer sich bereits in Eingriff befindlichen Rolle 52 in einem Bogen, der die Kettenteilung p als Radius hat. Die sich in Eingriff befindliche Rolle 52 liegt am Zahngrund oder einer Zahnflanke des Zahnrads 11 in einer Anlageposition t an, was durch einen kleinen Kreis in 6 angedeutet ist. Im Falle der Anlage an einer Zahnoberfläche wird, da sich die Rolle der Zahnoberfläche im Wesentlichen in tantentialer Richtung nähert, die kinetische Energie der Rolle gedämpft, so dass der Zusammenstoß zwischen der Rolle und der Zahnoberfläche verringert wird. Folglich werden Kontaktgeräusche verringert.
Da die standardgemäße Rollenkette 50 eine gleichmäßige Kettenteilung p und andererseits das Zahnrad 11 zwei unterschiedliche Zahnform-Teilungen pa1 und pa2 hat, welches die Sehnenlängen sind, welche den zwei unterschiedlichen Zahnform-Teilungswinkeln entsprechen, und diese Zahnform-Teilungen unregelmäßig über die Umfangsrichtung des Teilkreises pc in Gruppen, bestehend jeweils aus zwei Teilungen pa1 und einer Teilung pa2, angeordnet sind, variieren die Anlagepositionen t von einer Rolle zur nächsten. Folglich wird der Zeitpunkt des Stoßes aufeinanderfolgender Rollen versetzt und Schwingungen und Geräusche mit Frequenzen entsprechend der Zähnezahl des Zahnrads werden verringert.
Die Zahnform 11b eines Zahnrads gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Gleiche, wie die Zahnform 11a des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel, bei dem das Zahnrad 11a zwei unterschiedliche Teilungswinkel θ – Δθ und θ + 2Δθ hat, hat das Zahnrad 11b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel drei unterschiedliche Teilungswinkel, nämlich den standardgemäßen Teilungswinkel θ, der 360°/z beträgt, einen größeren Teilungswinkel θ + Δθ und einen kleineren Teilungswinkel θ – Δθ. Hier, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, muss Δθ kleiner als 1/4 des standardgemäßen Teilungswinkels θ sein. D. h. es gilt: Δθ < θ/4. Dieser Bereich ist erforderlich, um einen geeigneten Eingriff des Zahnrads mit den Kettenrollen 52 zu ermöglichen. Insbesondere, wenn das Zahnrad 11b achtzehn Zähne hat, beträgt der standardgemäße Teilungswinkel θ 20° und Δθ ist kleiner als 5°. D. h. es gilt Δθ < 5°. Die Summe aller Teilungswinkel θ, θ + Δθ und θ – Δθ des Zahnrads beträgt wiederum 360° oder 2π.
Wie in 7 dargestellt, sind beim Zahnrad gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel diese drei Teilungswinkel θ, θ + Δθ und θ – Δθ unregelmäßig in Umfangsrichtung des Teilkreises pc in Gruppen angeordnet, wobei jede Gruppe aus einem standardgemäßen Teilungswinkel θ, einem Teilungswinkel θ + Δθ und einem Teilungswinkel θ – Δθ besteht. Die Zahnform-Teilung pa ist die Länge einer Kreissehne, die dem Zahnform-Teilungswinkel θ entspicht. Die Zahnform-Teilung pa3 ist die Länge einer Kreissehne, die dem Zahnform-Teilungswinkel θ + Δθ entspicht. Die Zahnform-Teilung pa1 ist die Länge einer Kreissehne, die dem Zahnform-Teilungswinkel θ – Δθ entspicht. Somit hat das Zahnrad 11b drei unterschiedliche Zahnform-Teilungen pa, pa3 und pa1, und diese Zahnform Teilungen sind unregelmäßig entlang der Umfangsrichtung des Teilkreises pc als eine Gruppe einer Zahnform-Teilung pa, einer Zahnform-Teilung pa3 und einer Zahnform-Teilung pa1 angeordnet.
Der Eingriff des Zahnrades 11 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in der standardgemäßen Rollenkette 50 ist in 7 dargestellt. Die Teilungen pa, pa1 und pa3 in 7 werden auf gleiche Weise wie die Teilung pa11 entlang der Kreissehne des Zahnrads (vgl. 1) bestimmt.
Da die standardgemäße Rollenkette 50 eine gleichmäßige Kettenteilung p und das Zahnrad 11 (vgl. 7) drei unterschiedliche Zahnform-Teilungen pa, pa3 und pa1 haben, und diese Zahnform-Teilungen unregelmäßig in Umfangsrichtung über den Teilkreis pc in Gruppen, bestehend aus einer Zahnform-Teilung pa, einer Zahnform-Teilung pa3 und einer Zahnform-Teilung pa1, angeordnet sind, bewegt sich eine Rolle 52, wenn sich das Zahnrad 11 dreht, relativ zur Mitte O1 einer sich bereits in Eingriff befindlichen Rolle 52 in einem Bogen, der die Kettenteilung p als Radius hat. Die sich in Eingriff befindliche Rolle 52 liegt am Zahngrund oder einer Zahnflanke des Zahnrads 11 in einer Anlageposition t an, was durch einen kleinen Kreis in 7 angedeutet ist. Im Falle der Anlage an einer Zahnoberfläche wird, da sich die Rolle der Zahnoberfläche im Wesentlichen in tantentialer Richtung nähert, die kinetische Energie der Rolle gedämpft, so dass der Zusammenstoß zwischen der Rolle und der Zahnoberfläche verringert wird. Folglich werden Kontaktgeräusche verringert.
Da die standardgemäße Rollenkette 50 eine gleichmäßige Kettenteilung p und andererseits das Zahnrad 11 drei unterschiedliche Zahnform-Teilungen pa, pa3 und pa1 hat, welches die Sehnenlängen sind, welche den drei unterschiedlichen Zahnform-Teilungswinkeln entsprechen, und diese Zahnform-Teilungen unregelmäßig über die Umfangsrichtung des Teilkreises pc in Gruppen, bestehend jeweils aus einer Teilung pa, einer Teilung pa3 und einer Teilung pa1, angeordnet sind, variieren die Anlagepositionen t von einer Rolle zur nächsten. Folglich wird der Zeitpunkt des Stoßes aufeinanderfolgender Rollen versetzt und Schwingungen und Geräusche mit Frequenzen entsprechend der Zähnezahl des Zahnrads werden verringert.
2 zeigt ein Zahnrad 21 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Zahnrad 21 hat eine Zahnform 21a, die sich von den Zahnformen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet. Bei dem Zahnrad 21 haben benachbarte Zähne 25 einander gegenüberliegende Zahnflanken 22a und 22b, die durch eine Zahnnut 24 mit einem Zahngrundbereich 23 getrennt sind, über welchen die Zahnflanken 22a und 22b kontinuierlich verbunden sind. Zu Vergleichszwecken ist in 2 auch die standardgemäße ISO-Zahnform in gestrichelten Linien dargestellt.
Die Zahnflanke 22a auf der Vorderseite eines Zahnes in Drehrichtung des Zahnrades 21 und die Zahnflanke 22b auf der Rückseite des vorhergehenden Zahnes sind spiegelbildlich bezüglich einer Mittellinie X, die sich vom Drehmittelpunkt des Zahnrads 21 durch die Mitte des Zahngrundbereichs 23 zwischen den beiden Zähnen erstreckt. Jede der Zahnflanken 22a und 22b hat die Gestalt eines konvexen Bogens. Diese Bogen, welche die Zahnflanken 22a uns 22b formen, haben die Radien re22a bzw. re22b, wobei beide Radien größer als der Radius re (vgl. 9) der bogenförmigen Zahnflanken der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: re22a > re und re22b > re.
Der Zahngrundbereich 23 hat die Gestalt eines Bogens mit seiner Mitte auf der Zahngrund-Mittellinie X, welcher den Radius ri23 hat, der größer als der Radius re (vgl. 9) des bogenförmigen Zahngrundbereichs der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: ri23 > ri.
Die Mitte dieses bogenförmigen Zahngrundbereichs 23 befindet sich im Vergleich zu der Mitte eines bogenförmigen Zahngrundbereichs eines Zahnrads mit gleicher Zähnezahl und mit der standardgemäßen ISO-Zahnform radial außerhalb auf der Mittellinie X. Auf Grund dieser weiter außen angeordneten Mitte des bogenförmigen Zahngrundbereichs 23 im Vergleich mit einem Zahnrad mit standardgemäßer ISO-Zahnform ist der Zahngrundkreisdurchmesser des Zahngrads größer als der Zahngrundkreisdurchmeser eines standardgemäßen Zahnrads. Insbesondere, wenn die Zähnezahl z der Zähne des Zahnrads 21 gerade ist, ist der Zahngrundkreisdurchmeser df23 größer als ein Zahngrundkreisdurchmeser df eines Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: df23 > df. Alternativ ist, wenn die Zähnezahl z der Zähne des Zahnrads 21 ungerade ist, der Innenkreisdurchmesser dc23 größer als ein Innenkreisdurchmesser dc eines Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: dc23 > dc.
Ferner ist, da der Zahngrundkreisdurchmeser df23 oder der Innenkreisdurchmesser dc23 größer als der Zahngrundkreisdurchmeser df bzw. der Innenkreisdurchmesser dc eines standardgemäßen Zahnrads mit ISO-Zahnform ist, die Teilung pa21 entlang der Kreissehne des Zahnrads 21 (d. h. der Abstand zwischen aufeinanderfolgende Schnittpunkten a des Teilkreises pc21 mit den Mittellinien X der Zahngrundbereiche) größer als eine Teilung pa (d. h. der Abstand zwischen aufeinanderfolgende Schnittpunkten a des Teilkreises pc mit den Mittellinien X der Zahngrundbereiche) entlang der Kreissehne des ISO-Standard-Zahnrads, wie in den 8 und 9 dargestellt. Das heißt, pa21 > pa.
Da das Zahnrad 21 für eine Verwendung mit einer standardgemäßen Rollenkette 50 geeignet ist, ist die Teilung pa entlang der Kreissehne des Zahnrads eines standardgemäßen Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform gleich der Kettenteilung p (d. h. dem Abstand zwischen den Mitten der aufeinanderfolgenden Rollen 52) der standardgemäßen Rollenkette 50. Andererseits ist die Teilung pa21 entlang der Kreissehne des Zahnrads 21 größer als die Kettenteilung p der standardgemäßen Rollenkette 50. D. h. es gilt: pa21 > p.
Die Zahnform-Teilungswinkel des Zahnrads 21 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels, so dass hierauf nicht näher eingegangen und auf die entsprechende Beschreibung verwiesen wird.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht die Zahnrad-Zahnform 21b derjenigen des dritten Ausführungsbeispiels, d. h. die Gleiche wie die des in 2 dargestellten Zahnrads 21, jedoch sind die Teilungswinkel und die Zahnform-Teilungen des Zahnrads 21 die gleichen, wie beim zweiten Ausführungsbeispiel. Das heißt, dass die Teilungswinkel der standardgemäße Teilungswinkel θ, der 360°/z beträgt, der größere Teilungswinkel θ + Δθ und der kleinere Teilungswinkel θ – Δθ und die Zahnform-Teilungen pa, pa3 und pa1 sind, wie in 7 dargestellt.
Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel hat ein Zahnrad 31 eine Zahnform 31a, wie in 3 dargestellt, und ist für eine Benutzung mit einer standardgemäßen Rollenkette geeignet. Bei dem Zahnrad 31 haben benachbarte Zähne 35 einander gegenüberliegende Zahnflanken 32a und 32b, die durch eine Zahnnut 34 mit einem Zahngrundbereich 33 getrennt sind, über welchen die Zahnflanken 32a und 32b kontinuierlich verbunden sind. Zu Vergleichszwecken ist in 3 auch die standardgemäße ISO-Zahnform in gestrichelten Linien dargestellt.
Die Zahnflanke 32a auf der Vorderseite eines Zahnes in Drehrichtung des Zahnrades 31 und die Zahnflanke 32b auf der Rückseite des vorhergehenden Zahnes gehen kontinuierlich in den Zahngrundbereich 33 über, aber sind asymmetrisch auf der rechten und linken Seite bezüglich einer Mittellinie X, die sich vom Drehmittelpunkt des Zahnrads 31 durch die Mitte des Zahngrundbereichs 33 zwischen den beiden Zähnen erstreckt, angeordnet. Die Zahnflanke 32a hat die Gestalt eines konvexen Bogens. Der Bogen, welcher die Zahnflanke 32a formt, hat den Radius re32a, welcher gleich groß ist, wie der Radius re einer bogenförmigen Zahnflanke einer standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: re32a = re. Die Zahnflanke 32b hat ebenfalls die Gestalt eines konvexen Bogens, aber der Radius re32b des Bogens der Zahnflanke 32b ist größer als der Radius re einer bogenförmigen Zahnflanke einer standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: re32b > re.
Der Zahngrundbereich 33 hat die Gestalt eines Bogens mit seiner Mitte auf der Zahngrund-Mittellinie X. Der Radius ri33 des Bogens des Zahngrundbereichs ist größer als der Radius ri eines bogenförmigen Zahngrundbereichs bei einer standardmäßigen ISO-Zahnform, wie in 9 gezeigt. D. h. es gilt: ri33 > ri.
Die Mitte dieses bogenförmigen Zahngrundbereichs 33 mit dem Radius ri33 befindet sich im Vergleich zu der Mitte eines bogenförmigen Zahngrundbereichs mit einem Radius ri eines Zahnrads mit gleicher Zähnezahl und mit der standardgemäßen ISO-Zahnform radial außerhalb auf der Mittellinie X.
Auf Grund dieser weiter außen angeordneten Mitte des bogenförmigen Zahngrundbereichs 33 mit einem Radius ri33 im Vergleich mit einem Zahnrad mit standardgemäßer ISO-Zahnform ist der Zahngrundkreisdurchmesser des Zahngrads größer als der Zahngrundkreisdurchmeser eines standardgemäßen Zahnrads. Insbesondere, wenn die Zähnezahl z der Zähne des Zahnrads 31 gerade ist, ist der Zahngrundkreisdurchmeser df33 größer als ein Zahngrundkreisdurchmeser df eines Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: df33 > df. Alternativ ist, wenn die Zähnezahl z der Zähne des Zahnrads 31 ungerade ist, der Innenkreisdurchmesser dc33 größer als ein Innenkreisdurchmesser dc eines Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: dc33 > dc.
Ferner ist, da der Zahngrundkreisdurchmeser df33 oder der Innenkreisdurchmesser dc33 größer als der Zahngrundkreisdurchmeser df bzw. der Innenkreisdurchmesser dc eines standardgemäßen Zahnrads mit ISO-Zahnform ist, die Teilung pa31 entlang der Kreissehne des Zahnrads 31 (d. h. der Abstand zwischen aufeinanderfolgende Schnittpunkten a des Teilkreises pc31 mit den Mittellinien X der Zahngrundbereiche) größer als eine Teilung pa (d. h. der Abstand zwischen aufeinanderfolgende Schnittpunkten a des Teilkreises pc mit den Mittellinien X der Zahngrundbereiche) entlang der Kreissehne des ISO-Standard-Zahnrads, wie in den 8 und 9 dargestellt. Das heißt, pa31 > pa.
Da das Zahnrad 31 für eine Verwendung mit einer standardgemäßen Rollenkette 50 geeignet ist, ist die Teilung pa entlang der Kreissehne des Zahnrads eines standardgemäßen Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform gleich der Kettenteilung p (d. h. dem Abstand zwischen den Mitten der aufeinanderfolgenden Rollen 52) der standardgemäßen Rollenkette 50. Andererseits ist die Teilung pa31 entlang der Kreissehne des Zahnrads 31 größer als die Kettenteilung p der standardgemäßen Rollenkette 50. D. h. es gilt: pa31 > p.
Die Zahnform-Teilungswinkel des Zahnrads 31 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels, wie in 6 dargestellt, so dass hierauf nicht näher eingegangen und auf die entsprechende Beschreibung verwiesen wird.
Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht die Zahnrad-Zahnform 31b derjenigen des fünften Ausführungsbeispiels, d. h. die Gleiche wie die des in 3 dargestellten Zahnrads 31, jedoch sind die Teilungswinkel und die Zahnform-Teilungen des Zahnrads 31 die gleichen, wie beim in 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel. Das heißt, dass die Teilungswinkel der standardgemäße Teilungswinkel θ, der 360°/z beträgt, der größere Teilungswinkel θ + Δθ und der kleinere Teilungswinkel θ – Δθ und die Zahnform-Teilungen pa, pa3 und pa1 die Gleichen wie beim zweiten Ausführungsbeispiel sind, wie in 7 dargestellt.
Gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel hat ein Zahnrad 41 eine Zahnform 41a, wie in 4 dargestellt, und ist für eine Benutzung mit einer standardgemäßen Rollenkette geeignet. Bei dem Zahnrad 41 haben benachbarte Zähne 45 einander gegenüberliegende Zahnflanken 42a und 42b, die durch eine Zahnnut 44 mit einem Zahngrundbereich 43 getrennt sind, über welchen die Zahnflanken 42a und 42b kontinuierlich verbunden sind. Zu Vergleichszwecken ist in 4 auch die standardgemäße ISO-Zahnform in gestrichelten Linien dargestellt.
Die Zahnflanke 42a auf der Vorderseite eines Zahnes in Drehrichtung des Zahnrades 41 und die Zahnflanke 42b auf der Rückseite des vorhergehenden Zahnes gehen kontinuierlich in den Zahngrundbereich 43 über, aber sind asymmetrisch auf der rechten und linken Seite bezüglich einer Mittellinie X, die sich vom Drehmittelpunkt des Zahnrads 41 durch die Mitte des Zahngrundbereichs 43 zwischen den beiden Zähnen erstreckt, angeordnet. Die Zahnflanke 42a hat die Gestalt eines konvexen Bogens. Der Bogen, welcher die Zahnflanke 42a formt, hat den Radius re42a, welcher größer ist als der Radius re einer bogenförmigen Zahnflanke einer standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: re32a > re. Die Zahnflanke 42b hat ebenfalls die Gestalt eines konvexen Bogens, aber der Radius re42b des Bogens der Zahnflanke 42b ist gleicht groß, wie der Radius re einer bogenförmigen Zahnflanke einer standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: re42b = re.
Der Zahngrundbereich 43 hat die Gestalt eines Bogens mit seiner Mitte auf der Zahngrund-Mittellinie X. Der Radius ri43 des Bogens des Zahngrundbereichs ist größer als der Radius ri eines bogenförmigen Zahngrundbereichs bei einer standardmäßigen ISO-Zahnform, wie in 9 gezeigt. D. h. es gilt: ri43 > ri.
Die Mitte dieses bogenförmigen Zahngrundbereichs 43 mit dem Radius ri43 befindet sich im Vergleich zu der Mitte eines bogenförmigen Zahngrundbereichs mit einem Radius ri eines Zahnrads mit gleicher Zähnezahl und mit der standardgemäßen ISO-Zahnform radial außerhalb auf der Mittellinie X.
Auf Grund dieser weiter außen angeordneten Mitte des bogenförmigen Zahngrundbereichs 43 mit einem Radius ri43 im Vergleich mit einem Zahnrad mit standardgemäßer ISO-Zahnform ist der Zahngrundkreisdurchmesser des Zahngrads größer als der Zahngrundkreisdurchmeser eines standardgemäßen Zahnrads. Insbesondere, wenn die Zähnezahl z der Zähne des Zahnrads 41 gerade ist, ist der Zahngrundkreisdurchmeser df43 größer als ein Zahngrundkreisdurchmeser df eines Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: df43 > df. Alternativ ist, wenn die Zähnezahl z der Zähne des Zahnrads 41 ungerade ist, der Innenkreisdurchmesser dc43 größer als ein Innenkreisdurchmesser dc eines Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform. D. h. es gilt: dc43 > dc.
Ferner ist, da der Zahngrundkreisdurchmeser df43 oder der Innenkreisdurchmesser dc43 größer als der Zahngrundkreisdurchmeser df bzw. der Innenkreisdurchmesser dc eines standardgemäßen Zahnrads mit ISO-Zahnform ist, die Teilung pa41 entlang der Kreissehne des Zahnrads 41 (d. h. der Abstand zwischen aufeinanderfolgende Schnittpunkten a des Teilkreises pc41 mit den Mittellinien X der Zahngrundbereiche) größer als eine Teilung pa (d. h. der Abstand zwischen aufeinanderfolgende Schnittpunkten a des Teilkreises pc mit den Mittellinien X der Zahngrundbereiche) entlang der Kreissehne des ISO-Standard-Zahnrads, wie in den 8 und 9 dargestellt. Das heißt, pa41 > pa.
Da das Zahnrad 41 für eine Verwendung mit einer standardgemäßen Rollenkette 50 geeignet ist, ist die Teilung pa entlang der Kreissehne des Zahnrads eines standardgemäßen Zahnrads mit der standardgemäßen ISO-Zahnform gleich der Kettenteilung p (d. h. dem Abstand zwischen den Mitten der aufeinanderfolgenden Rollen 52) der standardgemäßen Rollenkette 50. Andererseits ist die Teilung pa41 entlang der Kreissehne des Zahnrads 41 größer als die Kettenteilung p der standardgemäßen Rollenkette 50. D. h. es gilt: pa41 > p.
Die Zahnform-Teilungswinkel des Zahnrads 41 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels, wie in 6 dargestellt, so dass hierauf nicht näher eingegangen und auf die entsprechende Beschreibung verwiesen wird.
Bei einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht die Zahnrad-Zahnform 41b derjenigen des siebten Ausführungsbeispiels, d. h. die Gleiche wie die des in 4 dargestellten Zahnrads 41, jedoch sind die Teilungswinkel und die Zahnform-Teilungen des Zahnrads 41 die gleichen, wie beim in 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel. Das heißt, dass die Teilungswinkel der standardgemäße Teilungswinkel θ, der 360°/z beträgt, der größere Teilungswinkel θ + Δθ und der kleinere Teilungswinkel θ – Δθ und die Zahnform-Teilungen pa, pa3 und pa1 die Gleichen wie beim zweiten Ausführungsbeispiel sind, wie in 7 dargestellt.
Der Eingriff einer standardgemäßen Rollenkette mit einem Zahnrad ist für die Zahnräder 11, 21, 31, 41 mit den Zahnformen 11a, 11b, 21a, 21b, 31a, 31b, 41a, 41b gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils der Gleiche und in 5 dargestellt.
Die Zahnräder können in einem Motortaktsteuergetriebe verwendet werden, um die Drehung von einer Kurbelwelle auf eine die Ventile betätigende Nockenwelle zu übertragen. Die Zahnräder können auch als Zwischenräder verwendet werden, um die Umlaufrichtung einer Taktsteuerkette zu ändern.
Wenn einer standardgemäßen Rollenkette 50 durch die Drehung der Kurbelwelle eine Spannung auferlegt wird, gelangen die Rollen 52 der Rollenkette nacheinander in Eingriff in die Zahnnuten des Zahnrades, wenn sich das Zahnrad von 5 im Gegenuhrzeigersinn dreht, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Wenn sich das Zahnrad dreht, schwenkt eine nachfolgende Rolle 52b relativ zu einer bereits im Eingriff befindlichen Rolle 52a um den Drehmittelpunkt O1 der vorhergehenden Rolle in einem Bogen, der einen Radius gleich dem der Kettenteilung p hat. Da die Teilung pa11 entlang der Kreissehne des Zahnrads größer als die Kettenteilung p ist, legt sich die folgende Rolle 52b an die hintere Zahnflanke 12b an, wobei sie sich der Zahnflankenoberfläche in im Wesentlichen tangentialer Richtung annähert. Auf Grund dieser tangentialen Annäherung erfolgt nur ein geringer Stoß, der aus dieser relativen Schwenkbewegung resultiert, so dass eine Verringerung von Stoßgeräuschen im Vergleich zu herkömmlichen Kettengetrieben erfolgt. Die Eingriffsstellung der Rolle 52b bewegt sich zum Zahngrundbereich 13, wenn sich das Zahnrad weiter dreht, so dass die Rolle 52b im mittleren Bereich des Zahngrundbereichs 13 unterstützt wird. Hierbei ist die Bewegung der Rolle 52b zum Zahngrundbereich eine Rollbewegung, so dass keine Geräusche erzeugt werden.
Obwohl nicht dargestellt, schwenkt beim Außereingriffgelangen der Rollenkette vom Zahnrad eine vorhergehende Rolle relativ um den Drehmittelpunkt O1 der nachfolgenden Rolle in einem Bogen, der einen Radius gleich der Kettenteilung p hat. An der Stelle, an welcher das Außereingriffgelangen stattfindet, wird die vorhergehende Rolle nur in Anlage an eine vordere Zahnflanke 12a sein und kann sich einfach von ihrer Anlageposition durch eine Schwenkbewegung entfernen. Deshalb erfolgt das Außereingriffgelangen der Rollen vom Zahnrad 11 reibungslos statt.
Der Eingriff der Zahnräder 21, 31 und 41 mit der standardgemäßen Rollenkette 50 gemäß dem dritten bis achten Ausführungsbeispiel erfolgt auf die gleiche Weise, wie der Eingriff des Zahnrads 11 mit der standardgemäßen Rollenkette 50 und in 5 dargestellt.
Eine Verringerung der Gesamtgeräusche und Schwingungen wird wie folgt erreicht. Da der Zahngrundkreisdurchmeser (d. h. der Wurzeldurchmesser) größer als der Zahngrundkreisdurchmeser eines standardgemäßen Zahnrads mit ISO-Zahnform ist, ist die Teilung entlang einer Kreissehne des Zahnrads größer als die Kettenteilung P der standardgemäßen Rollenkette 50. Folglich liegt die Rolle bei einem Eingriff der Rolle mit dem Zahnrad zuerst an einer hinteren Zahnflanke, d. h. einer Zahnflanke 12b, 22b, 32b oder 42b, an, wobei sie sich im Wesentlichen in tangentialer Richtung annähert, und folglich werden Stoßgeräusche auf Grund einer Relativbewegung und Geräusche auf Grund eines Stoßes verringert.
Ferner liegt beim Außereingriffgelangen eine Rolle nur an einer vorderen Zahnflanke, d. h. einer Zahnflanke 12a, 22a, 32a oder 42a, an. Die Rolle kann sich daher reibungs- und problemlos mittels einer Schwenkbewegung um die Mitte der unmittelbar folgenden Rolle vom Zahnrad trennen, ohne dass sie, wie im Falle einer herkömmlichen geräuscharmen Kette, wie beispielsweise der, die in der oben genannten Japanischen geprüften Patentanmeldung Nr. Hei 7-18478 beschrieben ist, beeinträchtigt wird.
Wie aus den 6 und 7 offensichtlich ist, wird, da die standardgemäße Rollenkette 50 eine gleichförmige Kettenteilung p und die Zahnräder zwei oder mehr unterschiedliche Teilungswinkel haben, die unregelmäßig in Umfangsrichtung über den Teilkreis pc verteilt sind, die kinetische Energie der Rollen 52, wenn sie die Zahnflanken des Zahnrads kontaktieren, abgefangen wird, so dass der Stoß gering ist und Kontaktgeräusche verringert werden. Ferner werden, da der Zeitpunkt des Stoßes oder der Anlage der Rolle mit den Zahnradzähnen versetzt ist, Schwingungen und Geräusche mit Frequenzen, welche der Zähnezahl entsprechen, verringert. Ferner können, da der Unterschied zwischen dem Gesamtgeräusch des Kettengetriebes und den periodischen Geräuschen, welche es erzeugt, groß ist, ”Anhäufungen” bestimmter Frequenzen vermieden werden.
Bei einem Zahnrad, bei welchem die Zahnradzähne eine unregelmäßige Teilung haben, ist es schwierig, die Zahnradzähne mittels spanabhebender Bearbeitung, bspw. mittels Wälzfräsens, oder mittels eines ähnlichen Verfahrens auszubilden. Jedoch kann das erfindungsgemäße Zahnrad, trotz der unregelmäßigen Teilung der Zähne, einfach als ein Teil einstückig mittels Sintern hergestellt werden, d. h. das gesamte Zahnrad ist in einem Stück gesintert. Darüber hinaus erfolgt bei einem Zahnrad mit unregelmäßiger Teilung der Zähne ein Gleitkontakt zwischen den Zahnflanken des Zahnrads und den Rollen oder Buchsen der Kette auf Grund der unterschiedlichen Teilung des Zahnrads an unterschiedlichen Stellen. Auf Grund der unterschiedlichen Stellen, an denen der Gleitkontakt stattfindet, können eine übermäßige Reibungsgeräusche auftreten. Da jedoch beim erfindungsgemäßen Zahnrad die Zähne mittels Sinterns hergestellt sind, wird die Fähigkeit, Schmiermittel an den Zahnradoberflächen zu halten, wesentlich verbessert, so dass auf Grund der verbesserten Schmiermittelhaltefähigkeit diese Reibungsgeräusche verringert werden können.
Obwohl vorstehend die Erfindung anhand einer standardgemäßen Rollenkette 50 beschrieben wurde, kann die Erfindung auch für rollenlose Buchsenketten verwendet werden. Ferner kann das erfindungsgemäße Zahnrad auch Zahnformen haben, welche sich von denen eines standardgemäßen Zahnrads unterscheiden. Vorausgesetzt, dass der Durchmesser des Zahngrundkreises (d. h. des Wurzeldurchmessers) oder der Innenkreisdurchmesser größer als der Durchmesser des Zahngrundkreises oder des Innenkreisdurchmessers eines standardgemäßen Zahnrads ist, können, wenn die Zahnform des Zahnrads die gleiche ist, wie die eines standardgemäßen Zahnrads, die vorteilhaften Effekte der Erfindung erzielt werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist der Zahnkopfkreisdurchmesser bevorzugt der gleiche, wie der maximale Zahnkopfkreisdurchmesser eines standardgemäßen Zahnrades, um die Kompatibilität mit einem Kettengetriebe, das ein herkömmliches standardgemäßes Zahnrad aufweist, sicherzustellen.

Als Gesamtübersicht ist im Folgenden eine Tabelle mit den Parametern der acht Zahnräder gemäß den acht Ausführungsbeispielen dargestellt, wobei diese Parameter mit den entsprechenden Parametern eines standardgemäßen Zahnrads mit einer ISO-Zahnform verglichen werden.

Standardgemäßes Zahnrad mit ISO-Zahnform	1. Ausführungsbeispiel	2. Ausführungsbeispiel	3. Ausführungsbeispiel	4. Ausführungsbeispiel
ri	ri13 > ri	ri13 > ri	ri23 > ri	ri23 > ri
re	re12a > re re12b > re rechte und linke Seite spiegelbildlich	re12a > re re12b > re rechte und linke Seite spiegelbildlich	re22a = re re22b = re gleich wie ISO-Zahnform	re22a = re re22b = re gleich wie ISO-Zahnform
df	df13 > df (z gerade)	df13 > df (z gerade)	df23 > df (z gerade)	df23 > df (z gerade)
dc	dc13 > dc (z ungerade)	dc13 > dc (z ungerade)	dc23 > dc (z ungerade)	dc23 > dc (z ungerade)
pa	pa11 > pa	pa11 > pa	pa21 > pa	pa21 > pa
p	pa11 > p	pa11 > p	pa21 > p	pa21 > p
θ	θ – Δθ, θ – Δθ, θ + 2Δθ	θ – Δθ, θ – Δθ, θ + 2Δθ	θ – Δθ, θ, und θ + Δθ	θ – Δθ, θ, und θ + Δθ

Standardgemäßes Zahnrad mit ISO-Zahnform	5. Ausführungsbeispiel	6. Ausführungsbeispiel	7. Ausführungsbeispiel	8. Ausführungsbeispiel
ri	ri33 > ri	ri33 > ri	ri43 > ri	ri43 > ri
re	re32a = re re32b > re rechte und linke Seite asymmetrisch	re32a = re re32b > re rechte und linke Seite asymmetrisch	re42a > re re42b = re rechte und linke Seite asymmetrisch	re42a > re re42b = re rechte und linke Seite asymmetrisch
df	df33 > df (z gerade)	df33 > df (z gerade)	df43 > df (z gerade)	df43 > df (z gerade)
dc	dc33 > dc (z ungerade)	dc33 > dc (z ungerade)	dc43 > dc (z ungerade)	dc43 > dc (z ungerade)
pa	pa31 > pa	pa31 > pa	pa41 > pa	pa41 > pa
p	pa31 > p	pa31 > p	pa41 > p	pa41 > p
θ	θ – Δθ, θ – Δθ, θ + 2Δθ	θ – Δθ, θ, und θ + Δθ	θ – Δθ, θ – Δθ, θ + 2Δθ	θ – Δθ, θ, und θ + Δθ

11, 21, 31, 41: Zahnrad
11a, 11b, 21a, 21b,31a, 31b, 41a, 41b: Zahnform
12a, 12b, 22a, 22b, 32a, 32b, 42a, 42b: Zahnflanke
13, 23, 33, 43: Zahngrundbereich
14, 24, 34, 44: Zahnnut
15, 25, 35, 45: Zahn
50: Rollenkette
52, 52a, 52b: Rolle
a: Schnittpunkt
d: Teilkreisdurchmesser
d1: Außendurchmesser einer Rolle
dc, dc13, dc23, dc33, dc43: Durchmesser eines Innenkreises
df, df13, df23, df33, df43: Fußkreisdurchmesser
O: Drehmittelpunkt (Zahnrad)
O1: Drehmittelpunkt (Rolle)
p: Kettenteilung der Rollenkette
pa, pa11, pa21, pa31, pa41: Zahnform-Teilung
pc, pc11, pc21, pc31, pc41: Teilkreis
re, re12a, re12b, re22a, re22b, re32a, re32b, re42a, re42b: Radius einer Zahnflanke
re(max): maximaler Radius des Kopfkreises
re(min): minimaler Radius des Kopfkreises
ri, ri13, ri23, ri33, ri43: Radius des Zahngrundbereichs
ri(max): maximaler Radius des Zahngrundbogens
ri(min): minimaler Radius des Zahngrundbogens
t: Anlageposition
X: radiale Mittellinie
z: Zähnezahl
θ: Teilungswinkel (standardgemäßes Zahnrad mit ISO-Zahnform)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 7-18478 [0012, 0015, 0086]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- JIS B1801-1997 [0005]
- JIS B 1801-1997 [0005]
- ISO 606:1994(E) [0005]
- ISO 606:1994(E) [0007]

Claims

Zahnrad (11, 21, 31, 41) für ein Kettengetriebe, das Zähne aufweist, die durch Zahnnuten (14, 24, 34, 44) zur Aufnahme von Rollen (52) oder Buchsen einer Getriebekette (50) voneinander getrennt sind, wobei in jeder Zahnnut (14, 24, 34, 44) einander gegenüberliegende Zahnflanken (12a, 12b, 22a, 22b, 32a, 32b, 42a, 42b) und ein Zahngrundbereich (13, 23, 33, 43) kontinuierlich miteinander verbunden sind, wobei das Zahnrad (11, 21, 31, 41) eine wenigstens zwei unterschiedliche Teilungswinkel aufweist, die unregelmäßig in Umfangsrichtung über den Teilkreis (pc11, pc21, pc31, pc41) des Zahnrads verteilt angeordnet sind, der Fußkreisdurchmesser (df13, df23, df33, df43) des Zahnrads (11, 21, 31, 41) größer als der Fußkreisdurchmesser (df) eines standardgemäßen Zahnrads mit der gleichen Zähnezahl (z) ist, und die Zähne des Zahnrads (11, 21, 31, 41) als ein Teil einstückig mit dem Zahnrad (11, 21, 31, 41) gesintert ist.
Zahnrad gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnform-Teilungswinkel θ – Δθ und θ + 2Δθ sind, die unregelmäßig in Umfangsrichtung über den Teilkreis (pc11, pc21, pc31, pc41) des Zahnrads verteilt angeordnet sind, wobei θ der standardgemäße Zahnform-Teilungswinkel ist.
Zahnrad gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass doppelt so viele Teilungswinkel θ – Δθ wie Teilungswinkel θ + 2Δθ vorgesehen sind.
Zahnrad gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnform-Teilungswinkel θ, θ – Δθ und θ + Δθ sind, die unregelmäßig in Umfangsrichtung über den Teilkreis (pc11, pc21, pc31, pc41) des Zahnrads verteilt angeordnet sind, wobei θ der standardgemäße Zahnform-Teilungswinkel ist.
Zahnrad gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass gleich viele Teilungswinkel θ – Δθ wie Teilungswinkel θ + Δθ vorgesehen sind.