DE102010007519A1

DE102010007519A1 - Doppelseitig treibende Zahnkette sowie hiermit arbeitender Kettentrieb

Info

Publication number: DE102010007519A1
Application number: DE102010007519A
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Kaga Yasuta; Yukihiro Kaga Kishi; Nobuyuki Kaga Matsui
Original assignee: Daido Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daido Kogyo Co Ltd
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: US20100222170A1; US8888632B2; JP5360813B2; DE102010007519B4; JP2010203501A

Abstract

Geräuscharme Ketten mit doppelseitig treibenden Gliederlaschen, deren obere und untere Zähne symmetrisch sind, sind dahingehend problematisch, dass in Folge der geringen Restbreite zwischen den oberen und unteren Zahnkehlen ein kritischer Soll-Querschnitt der Laschen nicht gewährleistet werden kann. Die Erfindung stellt eine Zahnkette mit doppelseitig treibenden Gliederlaschen 12 bereit, deren kritische Soll-Querschnittsfläche erreicht wird, indem die Rückseite freigeschnitten und der Ober- und der Oberteil asymmetrisch ausgeführt sind, die Vorderseite aber einer normalen Gliederlasche entsprechend gestaltet ist. Der Abstand zwischen einer die Mittelpunkte der Bolzenlöcher verbindenden Linie L-L und dem Boden der oberseitigen Kehle 16 ist gleich oder größer als der halbe Durchmesser D des Bolzenlochs, um die kritische Querschnittsfläche zu gewährleisten. Die Zähne 13 der Rückseite sind zu einer flachen Oberfläche S weggeschnitten, die eine ausreichend große Kontaktfläche zu einem Schuh u. dergl. gewährleistet.

Description

BEZUG ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität aus der JA-Patentanmeldung Nr. 2009-048466 (JA-Anmeldetag 2. März 2009), deren Inhalt durch die Bezugnahme zur Gänze als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten soll.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine doppelseitig treibende geräuscharme bzw. Endlos-Zahnkette, die innen und außen über Zahnräder läuft, und insbesondere eine geräuscharme bzw. Zahnkette mit doppelseitig treibenden Gliederlaschen jeweils mit Zähnen auf der Ober- und der Unterseite, sowie einen mit dieser arbeitenden Kettentrieb.
2. Verwandte Technik
Seit einiger Zeit dienen geräuscharme bzw. Zahnketten als Synchronketten zur Übertragung der Drehung einer Motorkurbelwelle auf eine Nockenwelle sowie auf die Welle von Hilfsaggregaten (bspw. eine Ölpumpe). Hierzu hat man eine doppelseitige Antriebs-Zahnkette vorgeschlagen, die über Zahnräder auf der Außen- und der Innenseite der Kette läuft.
Es gibt folgende Arten von doppelseitig treibenden Zahnketten. Die eine ist mit innen treibenden Laschenzügen, deren Zähne einwärts ragen, und mit außen treibenden Laschenzügen ausgeführt, deren Zähne nach außen gewandt sind, wie bespw. in der offengelegten JA-Patentanmeldung Nr. 2006-242329 offenbart. Eine andere arbeitet mit doppelseitigen Antriebs-Gliederlaschen mit Zähnen auf sowohl der Ober- als auch der Unterseite jeder Gliederlasche (die also sowohl der Innen- als auch der Außenseite der Kette zugewandt sind), wie bspw. in der offengelegten JA-Patentanmeldung Nr. Hei.11-236950 offenbart. Demgegenüber betrifft die vorliegende Erfindung eine Zahnkette mit doppelseitig treibende Gliederlaschen.
Wie die 10 zeigt, sind die Zähne herkömmlicher, doppelseitig treibender Gliederlaschen 1 symmetrisch um eine Linie L-L ausgeführt, die die Mittelpunkte der Bolzenlöcher 2 verbindet. Die Gliederlasche 1 hat im unteren Teil ein Paar Zähne 3, Innenflanken 4 zwischen den Zähnen (Kehle) und Außenflanken 5 außen auf den jeweiligen Zähnen, sowie auf die gleiche Weise im oberen Teil ein Paar Zähne 3', Innenflanken 4' zwischen den beiden Zähnen (Kehle) und Außenflanken 5 außen auf den jeweiligen Zähnen. Die doppelseitig treibende Zahnkette entsteht aus eine Endlosverkettung der treibenden Gliederlaschen 1 mittels in die Bolzenlöcher 2 eingesetzter Bolzen, während Führungslaschen, an denen die Bolzen befestigt sind, außen an die treibenden Gliederlaschen angesetzt sind (vergl. die offengelegte JA-Patentanmeldung Nr. Hei.11-236950 ).
Die Breite B der Gliederlaschen 1 im Bereich zwischen den Böden (Tiefstellen) der oberen und unteren Kehle 6, 6' ist gering und die Querschnittsfläche der Lasche (Breite B × Laschendicke t) ist kritisch mit wichtigen Konsequenzen hinsichtlich der Laschenfestigkeit dar. Daher ist es schwierig, bei einer symmetrischen Gliederlasche 1 eine ausreichende Festigkeit zu erreichen.
Während weiterhin die geräuscharme bzw. Zahnkette mit doppelseitig treibenden Gliederlaschen 1 mit dem Außenumfang über einen Führungshebel oder einen Schuh eines Hebels läuft, hat die Berührungsfläche der Lasche mit dem Schuh od. dergl. wichtige Konsequenzen hinsichtlich des fortschreitenden Verschleißes der Lasche, des Schuhs usw. und beeinträchtigt die Nutzungsdauer der Kette. Bei der oben beschriebenen symmetrischen Gliederlasche 1 liegen die Kanten der Zähne 3, 3' oben und unten (d. h. auf dem Innen- und dem Außenumfang der Kette) im gleichen Bereich und ist die Kontaktfläche des Kantenteils der gekrümmten Zähne 3' sehr klein, so dass der Verschleiß des Schuhs, der Führung usw. rasch fortschreitet und eine ausreichende Nutzungsdauer des Zahnkettentriebs nur schwer zu erreichen ist.
Daher ist die vorliegende Erfindung gerichtet auf eine doppelseitig treibende geräuscharme bzw. Zahnkette sowie auf einen mit dieser arbeitenden Kettentrieb, der durch Anwendung doppelseitig treibender Gliederlaschen, deren Ober- und Unterbereiche asymmetrisch ausgebildet sind, frei von den genannten Schwierigkeiten ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß (vergl. bspw. 1 und 2) wird eine doppelseitig treibende geräuscharme bzw. Zahnkette 10 vorgeschlagen, die sich aus doppelseitig treibenden Gliederlaschen 12 endlos mittels Bolzen 11 zusammensetzt, wobei die Laschen 12 beiderseits jeweils zwei Zähne aufweisen und so ausgeführt sind, dass zwischen jedem Zahnpaar eine Ausnehmung bzw. Kehle 16 gebildet ist, die auf der einen (bspw. der Rückseite) weniger tief bzw. flacher ist als die zwischen den Zähnen auf der anderen (bspw. der Vorderseite), während eine Strecke H von einer ein Bolzenlochpaar verbindenden Mittellinie L-L zum Boden der Kehle 16 der anderen Seite gleich oder größer ist als der halbe Durchmesser D der Bolzenbohrung, und die doppelseitig treibende Gliederlasche 12 so ausgeführt ist, dass deren Ober- und Unterteil um die Mittellinie L-L asymmetrisch sind.
Folglich lassen die Zug- und die Ermüdungsfestigkeit der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 sich erhalten, indem man zwischen den Tiefpunkten beider Kehlen eine ausreichende Breite sicher stellt, so dass die erhaltene Übertragungskapazität und die Nutzungsdauer für eine doppelseitig treibende Zahnkette 10 und einen hiermit arbeitenden Kettentrieb ausreichen.
Bevorzugt gelten für die doppelseitig treibende Zahnkette 10 folgende Beziehungen:
H ≥ 1,5h; 1,5D ≥ H ≥ 0,5D; und 0,7D ≥ h ≥ 0;
mit h = Abstand der Mittellinie L-L vom Boden der Kehle 6 auf einer Seite, H = Abstand der Mittellinie L-L vom Boden der Kehle 16 auf der anderen Seite und D = Durchmesser des Bolzenlochs.
Somit wird es möglich, das Eingriffsverhalten der doppelseitig treibenden Zahnkette 10 mit dem ersten oder zweiten Zahnrad, das im Antriebseingriff mit der einen oder anderen Kettenseite steht, dahingehend zu verbessern, dass ein geräuscharmer Lauf gewährleistet, die Abspringneigung der Kette verringert und eine Gewichtszunahme vermieden sind und die Zahnbiegefestigkeit des Kettenrades erhalten bleibt.
Bevorzugt sind die Kanten des Zahnpaares 3 auf einer Seite im Wesentlichen gekrümmt und die Kanten des Zahnpaares 13 der anderen Seite parallel zur Mittellinie L-L abgeflacht. Angemerkt sei, dass die beschriebene gekrümmte Oberfläche eine solche einschließt, bei der an der Zahnkante eine sehr kleine flache Fläche ausgebildet ist, so dass sie zur Spitze des Zahnes insgesamt im Wesentlichen gekrümmt erscheint.
Die Kanten der Zähne 16 der anderen Seite des dl [?] sind folglich abgeflacht, so dass sich die Kontaktfläche zur gleitenden Kontakteinrichtung wie bspw. der Kettenführung und dem Schuh des Kettenspanners gewährleisten und der Verschleiß der Zahnkette, der Kettenführung und des Spannerfußes verringern sowie die Nutzungsdauer erreichen lassen, die für die Zahnkette und den Zahnkettentrieb gefordert sind.
Bevorzugt liegen die Schnittlinien C der Außenflanken 5 außen auf dem Zahnpaar 3 der einen Seite mit den Außenflanken 15 außen auf dem Zahnpaar 13 der anderen Seite der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 auf der anderen Seite der verlängerten Mittellinie L-L.
Bevorzugt liegen die Führungslaschen 20 mit angesetztem Bolzen 11 in dessen Längsrichtung am weitesten außen auf den aufgereihten, doppelseitig treibenden Gliederlaschen 12 und enthält die Führungslasche 20 eine Trimmöffnung 23 mit größerem Flächeninhalt auf der der einen gegenüberliegenden Seite der Mittellinie L-L (E > F).
Obgleich also ein äußerer Gliederzug mit den Führungslaschen 20 – verglichen mit dem inneren Gliederzug ohne Führungslaschen 20 – eine zusätzliche Anzahl Laschen enthält und die jeweiligen Festigkeiten ungleich sind, lassen sich eine Gewichtszunahme sowie eine zunehmendes Ungleichheit der Festigkeit vermeiden, indem man in der Führungslasche 20 die Trimmöffnung 23 vorsieht. Da weiterhin der Flächeninhalt der Trimmöffnung 23 auf der anderen Seite der Führungslasche 20 größer ist als auf der einen Seite, lassen sich der Steifeunterschied zwischen dem Ober- und dem Unterteil der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 um die Mittellinie L-L aufheben und somit die Einheitlichkeit der Steife der Zahnkette insgesamt verbessern.
Wie bspw. die 3 zeigt, ist das Verhältnis der Zugsteife der einen zur anderen Seite der Zahnkette 10 invers proportional zum Verhältnis der Zugsteife der einen zur anderen Seite der Führungslasche 20 (jeweils bezüglich der Mittellinie L-L).
Obgleich also in Folge der ungleichen Tiefe der einen und der anderen Seite die Steife des Ober- ungleich der des Unterteils der Gliederlasche 12 in Zugrichtung um die Mittellinie L-L der Bolzenlöcher herum ist, ist die Steife der Führungslasche 20 zu der der Zahnkette 10 invers proportional, so dass sich ein Steifeausgleich der Unter- und der Oberteile der doppelseitig treibenden Zahnkette 10 insgesamt erreichen lässt.
Bevorzugt sind die doppelseitig treibenden Gliederlaschen 12 endlos so verkettet, dass deren eine Seite dem Endlos-Innen- und die andere Seite dem Endlos-Außenumfang zugewandt sind.
Folglich kann die eine, dem Endlos-Innenumfang zugewandte Seite der Gliederlaschen, deren Kehlentiefe gleich der der normalen Zahnkettenfläche ist, wie bei einer normalen Zahnkette arbeiten, während die andere Seite der Gliederlaschen, die zur Endlos-Umfangseite flachere Kehlenflächen aufweist, die Zahnkette außen mit einer im Vergleich zur Innenseite geringeren Last antreiben kann.
Wie bspw. in den 4 und 5 gezeigt, ist ein doppelseitig treibender Zahnkettentrieb mit einem ersten Kettenrad 30 (30₁ , 30₂ und 30₃ ), über das die doppelseitig treibende Zahnkette 10 mit einer Seite läuft, und einem zweiten Kettenrad 40 (40₁ ) bereit gestellt, über das die doppelseitig treibende Zahnkette 10 mit der anderen Seite läuft, wobei das erste und das zweite Kettenrad 30, 40 mit der einen oder anderen Seite der Zahnkette mit dem gleichen Eingriffsmechanismus kämmen und die Zähne des zweiten Kettenrads 40 kürzer sind als die des ersten Kettenrads 30. Angemerkt sei, dass ”gleicher Eingriffsmechanismus” einen Eingriffsmechanismus bezeichnet, bei dem die Zähne des Kettenrads jeweils nach der Berührung der Innenflanke der Gliederlasche auf deren Außenflanke aufsitzen, es sich also um einen Mechanismus mit ”Kontakt mit der Innenflanke” und ”Sitz auf der Außenflanke” handelt.
Entsprechend weist der normale Eingriffsmechanismus einer Seite der doppelseitig treibenden Zahnkette 10 mit dem ersten Kettenrad den gleichen Eingriffsmechanismus (bspw. Anlage an der Innen- und der Außenflanke) auf, bei dem trotz geringerer Zahnhöhe die Zähne des zweiten Kettenrads in die andere Seite der doppelseitig treibenden Zahnkette 10 eingreifen, so dass die Kraftübertragung gleichmäßig und leise erfolgen kann.
Bevorzugt werden die Zähne des ersten und des zweiten Kettenrads mit einem Abwälzfräser gleicher Gestalt geschnitten, während die Zähne des zweiten Kettenrades freigeschnitten werden.
Folglich sind die Zähne des ersten und des zweiten Kettenrades problemlos herstellbar, indem man mit einem Abwälzfräser gleicher Gestalt arbeitet und den Eingriffsbereich der Zähne des zweiten Kettenrades freischneidet.
Vorzugsweise weist der doppelseitig treibende Zahnkettentrieb 10 weiterhin eine gleitende Kontakteinrichtung 51, 52, 53, 55 auf, die die Zahnkette 10 führt, indem sie gleitend auf der anderen Kettenseite aufliegt.
Ein Synchron-Kettentrieb lässt sich aufbauen, indem man als erste Kettenräder ein treibendes Kettenrad 30₁ , das mit einer Kurbelwelle eines Motors verbunden ist, sowie zwei mit Nockenwellen verbundene angetriebene Kettenräder 30₂ , 30₃ ansetzt, während das zweite ein angetriebenes Kettenrad 40₁ und mit Hilfsaggregaten des Motors verbunden ist.
Angemerkt sei, dass die eine Seite der Zahnkette und die ersten Kettenräder, deren Eingriff dem normalen Zahnkettentrieb entsprechen, den Hauptantrieb vom Motor zu den Nockenwellen darstellen und so ein Ventilsystem stetig und präzise synchron ansteuern. Das zweite Kettenrad mit kürzeren Zähnen auf der anderen Seite der Zahnkette liefert den Antrieb von Hilfsaggregaten wie der Ölpumpe, deren Lastmoment geringer ist als das der Ventilmechanik, und kann die Kraft der Synchronkette problemlos übertragen.
Ebenfalls angemerkt sei, dass die oben in Klammern gesetzten Bezugszeichen so zur Übereinstimmung mit den Zeichnungen verwendet sind, um ein Verständnis der Erfindung zu erleichtern, ohne aber den Umfang und den Aufbau der Ansprüche zu beeinflussen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A, 1B zeigen als teilgeschnittene Draufsicht bzw. Frontalansicht eine erfindungsgemäße doppelseitig treibende Zahnkette;
2A1, 2A2, 2B1, 2B2, 2C1 und 2C2 zeigen Gliederlaschen der Zahnkette, wobei 2A1 eine Frontalansicht einer erfindungsgemäßen Führungslasche 20 und die 2A2 eine Seitenansicht derselben, die 2B1 eine Frontalansicht einer erfindungsgemäßen, doppelseitig treibenden Gliederlasche und die 2B2 eine Seitenansicht derselben, und die 2C1 eine Frontalansicht einer herkömmlichen, einseitig treibenden Gliederlasche und die 2C2 eine Seitenansicht derselben sind;
3A, 3B sind Frontalansicht, die die Steife der Ober- und der Unterseite der doppelseitig treibenden Gliederlasche sowie der Führungslasche 20 zeigen, d. h. die 3A für die doppelseitig treibende Gliederlasche und die 3B für die Führungslasche;
4A, 4B zeigen den Eingriff der doppelseitig treibenden Zahnkette mit Kettenrädern, d. h. die 4A den Eingriff auf der vorderen (einen oder inneren Umfangs-)Seite und die 4b den Eingriff auf der Rückseite (anderen oder äußeren Umfangsseite;
5 zeigt als Frontalansicht eine Ausführungsform eines doppelseitig treibenden Zahnkettentriebs mit der doppelseitig treibenden Zahnkette als Motor-Synchronkette;
6 zeigt schaubildlich einen Zusammenhang zwischen einer kritischen Schnitthöhe der Rückseite der doppelseitig treibenden Gliederlasche und der Drehermüdungsfestigkeit der Kette;
7 zeigt schaubildlich den Zusammenhang zwischen der rückseitigen Länge der Gliederlasche, auf der ein Schuh eines Hebels od. dergl. gleitet, mit dem Verschleiß des Schuhs;
8A, 8B, 8C zeigen verschiedene treibende Gliederlaschen und die mit ihnen kämmenden Kettenräder, d. h. die 8A eine herkömmliche doppelseitig treibende Gliederlasche mit symmetrischem Ober- und Unterteil, die 8B eine erfindungsgemäße, doppelseitig treibende Gliederlasche und die 8C eine doppelseitig treibende Gliederlasche mit noch stärker verringerter Zahnhöhe;
9-1 bis 9-6 zeigen Vergleichsergebnisse zum Arbeitsverhalten der verschiedenen doppelseitig treibenden Zahnkettentriebe der 8; und
10 zeigt als Frontalansicht die herkömmliche, mit symmetrischem Ober- und Unterteil ausgeführte doppelseitig treibende Gliederlasche.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Anhand der Zeichnungen soll nun eine Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Wie in 1A, 1B dargestellt, setzt sich eine doppelseitig treibende Zahnkette 10 nach vorliegende Erfindung zusammen aus einer Vielzahl doppelseitig treibender Gliederlaschen 12, die mittels Bolzen 11 abwechselnd längs endlos verkettet sind, während am weitesten außen auf einem waagerechten Zug der Gliederlaschen 12 Führungslaschen 20 aufgesetzt sind. Die Bolzen 11 sind mit den rechten und linken Führungslaschen 20 verstemmt bzw. sonst wie verbunden. Folglich drehen die Gliederlaschen 12 eines äußeren Laschenzugs G (Führungslaschenzug) nicht bezüglich des Bolzens 11, während die Gliederlaschen eines inneren Laschenzugs N (nicht führende Laschenreihe) neben dem äußeren Gliederzug relativ zum Bolzen 11 drehen, so dass die doppelseitig treibende Zahnkette 10 sich frei biegen kann.
Wie die 2B1 zeigt, weist die doppelseitig treibende Gliederlasche 12 ein Paar seitlich angeordneter Bolzenlöcher 2 auf und ein Unterteil derselben hat unter einer die Mittelpunkte O der Bolzenlöcher 2 verbindenden Linie L-L (im Folgenden als Bolzenloch-Mittellinie bezeichnet) die gleiche Form wie eine normale, einseitig treibende Gliederlasche 7 (vergl. 2C1). Bei gleicher Bezeichnung gleicher Teile der in den 2B1 und 2C1 gezeigten Laschen weisen sie ein Paar Zähne 3, die rechtwinklig zur Mittellinie L-L von den Bolzenlochbereichen abwärts ragen, innere Flanken 4 im Kehlbereich 6 zwischen diesen Zähnen und äußere Flanken 5 auf, die jeweils außen auf den Zähnen 3 ausgebildet sind. Während die in 2C1 gezeigte einseitig treibende Gliederlasche 7 auf ihrer Ober- bzw. Rückseite eine flache Oberfläche 9 aufweist, ist die in 2B1 gezeigte, doppelseitig treibende Gliederlasche 12 auf der anderen Seite als Variante doppelseitigen Gliederlasche ausgeführt.
Während die doppelseitig treibende Gliederlasche 12 auf der anderen bzw. Rückseite, d. h. auf der Oberseite der Mittellinie L-L, ein Zahnpaar 13 ähnlich der Unterseite aufweist, ist dort die Zahnhöhe geringer gewählt als die der Zähne der vorderen bzw. unteren Seite mit den gewöhnlich ausgeführten Zähnen. Folglich ist auch zwischen diesen Zähnen eine obere Kehle 16 ausgebildet, die flacher ist als die auf der vorderen bzw. unteren Seite. Auf inneren Seitenflächen der Zähne 13 der oberseitigen Kehle 16 sind Innenflanken 14 ausgebildet sowie Außenflanken 15 auf deren äußeren Seitenflächen. Folglich ist die Strecke H vom Boden der oberen bzw. rückseitigen Kehle 16 größer als die Strecke h (entsprechend einer normalen einseitig treibenden Lasche 7) vom Boden der unteren bzw. vorderseitigen Kehle 6 jeweils zur Mittellinie L-L zwischen den Bolzenbohrungen (d. h. h < H).
Die Strecke H auf der Oberseite (Rückseite, andere Seite) wird auf mehr als den halben Bolzenlochdurchmesser D und auf weniger als das 1,5-fache desselben, die Strecke h auf der Unterseite (Vorderseite, eine Seite) auf größer als null und weniger als den 0,7-fachen Bolzenlochdurchmesser D und die oberseitige Strecke H auf mehr als die 1,5-fache unterseitige Strecke h eingestellt. Es gelten folgende Bereichsbeziehungen:
H ≥ 1,5h; 1,5D ≥ H ≥ 0,5D; und 0,7D ≥ h ≥ 0;
oder bevorzugt
3,5h > H > 2,5h; D ≥ H ≥ 0,5D; und 0,5D > h ≥ 0.
Sodann sind die Kanten der oberseitigen Zähne 13 (Zahnspitzen) zu flachen Oberflächen S weggeschnitten. Die Länge l/2 der flachen Oberfläche S jeder Zahnspitze ist gleich dem oder größer als der Bolzenlochdurchmesser D. Folglich ist eine Länge l der flachen Oberflächen S der Rückseite einer Gliederlasche 12 größer als der doppelte Bolzenlochdurchmesser, d. h. l ≥ 2D.
Die Schnittstellen C der ober- und unterseitigen Flanken 15, 5 liegen in vorbestimmten Abstand über (auf der Rückseite) der Mittellinie L-L; die vorder- und rückseitigen Zähne (eine bzw. andere Seite) haben die Form der geräuscharmen Zähne des gleichen Eingriffsmechanismus (Eingriff innere/äußere Flanke).
Wie die 2A1 zeigt, weist die Führungslasche 20 ein Paar Bolzenlöcher 21 entsprechend denen der anderen Laschen, eine zahnfreie Krümmung 22 auf der Unterseite (Innenumfang der Kette) und eine gradlinige flache Fläche V auf der oberen Seite (Rückseite) auf. Die flache Oberfläche V der Führungslasche 20 liegt auf der gleichen Seite (obere, andere bzw. Rückseite) wie die flache Oberfläche S der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 und steht gleichzeitig in Gleitberührung mit einer Kettenführung und einem Schuh od. dergl. eines Kettenspanners. Die Führungslasche 20 enthält zwischen den Bolzenlöchern 21 ein verhältnismäßig großes Trimmloch 23, das asymmetrisch um die Mittellinie L-L so ausgeführt ist, dass eine obere Breite E größer ist als eine untere Breite F. Folglich ist der Flächeninhalt eines Oberteils der Trimmlochs 23 über der Mittellinie L-L größer als der des Unterteils.
Wie in den Fig. B₂, C₂ und A₂ gezeigt, ist die Dicke t₁ der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 im Wesentlichen gleich einer Dicke t₁ der Führungslasche 20; eine Dicke t₂ der Führungslasche 20 ist auf etwa die halbe Dicke der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 verringert. Die Führungslasche 20, deren Steife durch Verringern der Dicke t₂ und die Ausbildung des Trimmlochs 23 verringert ist, gleicht die Spannungen aus, die in Folge der Zuglast in Richtung der Kettenteilung auf den äußeren Gliederzug G (mit einer zusätzlichen Lasche) und den inneren Gliederzug N wirken, und verhindert ein Recken der Kette sowie einen Bolzenbruch in Folge der Spannung, die sonst die Bolzen 11 verbiegt.
Wie die 3A zeigt, ist die oberseitige Kehle 16 der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 weniger tief als die unterseitige Kehle 6; daher ist die Zugsteife der Oberteils der Gliederlasche 12 höher als die des Unterteils. Daher werden Zugkräfte in Richtung der Kettenteilung den Oberteil der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 weniger recken als deren Unterteil. Die Zugsteife eines Oberteils der Führungsgliederlasche 20 ist geringer als die des Unterteils und in Folge des Trimmlochs 23, das vertikal asymmetrisch um die Mittellinie L-L gebildet ist, wird der Oberteil von Zugkräften stärker gereckt als der Unterteil. Zwischen der Glieder- und der Führungslasche, die oben beschrieben sind, besteht ein Zusammenhang dahingehend, dass bei einer Umkehr derselben das Verhältnis der Steifen ihres Ober- und Unterteils im Wesentlichen gleich bleibt. Bei dieser Anordnung wird die Zugsteife der gesamten Zahnkette 10 gemittelt, indem der Steifeunterschied der Glieder- und der Führungslasche 12, 20 durch deren Ober- und Unterteile aufgehoben wird.
Die doppelseitig treibende Zahnkette 10 steht mit ihrer Vorderseite (eine bzw. Innenseite) mit einem und ihrer (anderen bzw. äußeren) Rückseite mit einem anderen Kettenrad in Eingriff. Die 4A zeigt den Eingriff mit der Vorderseite der Kette 10. Das Kettenrad 30 hat eine normale Zahnung 31, die mit der normalen Zahnung 3 (Innenflanke 4 oder Außenflanke 5) auf der Vorderseite (die eine Fläche) der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 kämmt. Die 4B zeigt die Anordnung auf der Rückseite. Die Zahnung 41 des Kettenrads 40 ist weniger hoch als die normale Kettenzahnung 31. Die Kettenzahnung 41 kämmt mit der kurzen Zahnung 13 (Innenflanke 14 oder Außenflanke 15) auf der anderen bzw. Rückseite der Gliederlasche 12. Die Zahnung 30, die mit der Vorderseite kämmt, wird normalerweise mit einem Abwälzfräser geschnitten. Die Zahnung 40, die mit der Rückseite kämmt, wird durch Freischneiden nur eines Eingriffsteils unter Verwendung des gleichen Abwälzfräsers (bzw. eines Abwälzfräsers gleicher Gestalt) gefertigt.
Die 5 zeigt eine Ausführungsform eines doppelseitig treibenden Zahnkettentriebs 50 mit der doppelseitig treibenden Zahnkette 10 als Motor-Synchronkette. Die Zahnkette 10 ist endlos verkettet zusammengesetzt, wobei die Vorderseite (eine Seite) als Innenumfang festgelegt ist. Die doppelseitig treibende Zahnkette 10 läuft innenumfangsseitig um ein mit einer Kurbelwelle verbundenes Kettenrad 30₁ und angetriebene Kettenräder 30₂ , 30₃ , die mit zwei Nockenwellen verbunden sind. Zwischen den angetriebenen (Nockenwellen-)Kettenrädern 30₂ , 30₃ steht ein angetriebenes Kettenrad 40₁ , das Hilfsaggregate wie eine Ölpumpe, eine Wasserpumpe u. dergl. antreibt, mit der Rückseite (Außenumfang) der Zahnkette 10 im Eingriff. Die Kettenräder 30₁ , 30₂ , 30₃ , die auf der Innenumfangsseite der Kette liegen, kämmen mit der Kettenvorderseite, wie in 4A gezeigt, während das Kettenrad 40₁ , das auf dem Außenumfang der Kette aufliegt, mit der Kettenrückseite kämmt, wie in 4B gezeigt.
Die Kettenführungen 51, 52, die einen vorbestimmten Umschlingungswinkel der Ketten auf dem mit der Kettenrückseite kämmenden, das Hilfsaggregat treibenden Kettenrad 40₁ aufrecht erhalten, sind in Kettenlaufrichtung vor und nach dem Kettenrad 40₁ angeordnet und liegen gleitend auf der Rückseite (Außenumfang) der Kette auf. Weiterhin sind eine Kettenführung 53 und ein Kettenspanner 55 auf zwei Umfangsflächen der Kette des Zahnkettentriebs 50 angeordnet, die insgesamt dreieckig geführt ist. Die Kettenführung 53 ist als verhältnismäßig langes stangenartiges Element ausgeführt, das die Kette durch Gleitberührung mit den flachen Flächen S, V der Rückseite (Außenumfang) der Zahnkette 10 führt. Der Kettenspanner 55 hat einen Hebel 56 mit einem Schuh auf einer gekrümmten Seite, der schwenkbar auf einem Bolzen 57 gelagert ist, und drückt den Hebel 56 hydraulisch oder mit Federkraft auf die Kette. Der Schuh am Hebel 56 erteilt der Kette eine vorbestimmte Spannung, indem er gleitend auf den flachen Flächen S, V der Kettenrückseite (Außenumfang) aufliegt.
Die Antriebskraft des mit der Kurbelwelle verbundenen treibenden Kettenrads 30₁ wird von der doppelseitig treibenden Zahnkette 10 auf die beiden angetriebenen Kettenräder 30₂ , 30₃ übertragen, um die Nockenwellen synchron zu drehen. Sie wird auch auf das mit der Rückseite der Kette kämmende Kettenrad 40₁ übertragen, um Hilfsaggregate wie die Öl- und die Wasserpumpe u. dergl. anzutreiben. Die Drehmomentbelastung des treibenden und der angetriebenen Kettenräder 30₁ , 30₂ , 30₃ , um die die Kette (d. h. auf dem Innenumfang der Kette) läuft und die Leistung übertragen, ist verhältnismäßig hoch, da sie ein Ventilsystem von der Kurbelwelle bis zu den Nockenwelle antreiben; dennoch übertragen sie die Leistung genau und zuverlässig, da der Fronteingriff ähnlich einem normalen einseitigen Antriebseingriff erfolgt. Obgleich weiterhin die Höhen der Kette und der Zahnung des angetriebenen Kettenrads 40₁ , der mit der Kettenrückseite in Eingriff steht, gering sind, kann das Kettenrad 40₁ die Leistung problemlos übertragen, denn die Drehmomentbelastung wie auch deren Schwankungen sind verhältnismäßig gering, da das Kettenrad 40₁ nur Hilfsaggregate antreibt.
Die doppelseitig treibende Gliederlasche 12 ist so ausgebildet, dass die Kehle der anderen (bzw. Rück-)Seite flach ist und die Breite B (H + h) zwischen beiden Kehlen größer wird, so dass die Gliederlasche 12 durch die vergrößerte kritische Querschnittsfläche die volle hohe Zugfestigkeit beibehält. Die Gliederlasche 12 kann auch die Leistung leise und gleichmäßig auf die gleiche Weise wie ein normaler Zahnkettentrieb übertragen, wenn sie auf der Vorderseite im Eingriff steht, und sie kann auch die Leistung leise und gleichmäßig auf die gleiche Weise übertragen, wenn sie auf de Rückseite mit einer Mechanik (Kettenradzahn 41, Innenflanke 14 und Außenflanke 15) im Eingriff steht, die dem Frontaleingriff entspricht.
Da weiterhin die Kettenführungen 51, 52, 53 und der Schuh des Hebels 56 des Kettenspanners 55 in Gleitberührung mit der Kette stehen, liegen bei der doppelseitigen treibenden Zahnkette 10 die flachen Flächen S, V in der gleichen Höhe und vollflächig auf der Rückseite der Glieder- und der Führungslasche 12, 20 an. Die Führungen, der Schuh u. dergl., wie oben beschrieben, kontaktieren diese flachen Flächen großflächig, so dass sich einen schneller Verschleiß dieser sich gleitend berührenden Teile verhindern lässt.
Im Folgenden werden die Arbeitsweise und die Wirkung der erfindungsgemäßen doppelseitig treibenden Zahnkette und des erfindungsgemäßen Kettentriebs an Hand der 6 bis 9 beschrieben.
Die 6 ist ein Graph, der den Zusammenhang zwischen der rückseitigen Distanz (kritischen Querschnittshöhe) H der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 und der Drehermüdungsfestigkeit d Kette zeigt. Ist die rückseitige Distanz H gleich dem oder größer als der Bolzenlochdurchmesser D (H ≥ 0,5D), übersteigt die Ermüdungsfestigkeit die untere Grenze der Festigkeitsvariation und ist die Kette für den Einsatz geeignet. Angemerkt sei, dass in einer herkömmlichen Kette die einseitig treibende Gliederlasche 7 der 2C1 arbeitet, in der die Höhe H die Distanz von der Bolzenloch-Mittellinie L-L zur rückseitigen Fläche 9 bedeutet.
Die 7 stellt als Graph den Zusammenhang zwischen der Länge der Rückseite der Gliederlasche und dem Verschleiß (Abrieb) des Schuhs dar. Die rückseitige Länge l ist im Fall der doppelseitig treibenden Gliederlasche 12 die Länge l der flachen Flächen S der rückseitigen Zähne 13 und bei einer herkömmlichen Kette die Länge des flachen Teils der rückseitigen Fläche. Ist die Länge Länge l der flachen Flächen S gleich dem oder größer als der doppelte Bolzenloch-Durchmesser D (l ≥ 2D), ist sie geringer als die obere Grenze der Variation des Schuhverschleißes und ist die Kette für den Einsatz voll geeignet.
Die 8A zeigt einen Kettentrieb unter Einsatz der doppelseitig treibenden Gliederlasche mit symmetrischem Ober- und Unterteil (vergl. 10); diese Kette sei als Kette A bezeichnet. Die 8B zeigt eine Kette, die die erfindungsgemäße Gliederlasche benutzt und die als Kette B bezeichnet sei, und die 8C zeigt einen Kettentrieb mit einer doppelseitig treibenden Gliederlasche 12', deren rückseitige Kehle 16' noch flacher ausgeführt ist und die als Kette C bezeichnet sei.
9-1 bis 9-6 sind Graphen zum Vergleich des Einsatzverhaltens der drei oben beschriebenen Kettentypen A, B und C.

(1) Hinsichtlich der Geräuscharmut: Obgleich die Kette A, bei der der Eingriff wie bei der normalen Zahnkette erfolgt, ausgezeichnet arbeitet und die Kette C, deren Zahnhöhe gering ist, unter der Grenze liegt, befindet die Kette B sich über der Eingriffsgrenze (im OK-Bereich) und ist für den Einsatz geeignet.
(2) Hinsichtlich der Laschenfestigkeit liegt die Kette A, deren kritische Querschnittsfläche gering ist, unter der Grenze; sie ist für den Einsatz ungeeignet. Während die Kette C, deren Höhe H' groß ist, im kritischen Bereich eine ausreichend große Querschnittsfläche hat, liegt auch die Kette B über dem Grenzwert; sie ist für den Einsatz geeignet.
(3) Die Verringerung der Gewichtszunahme ist proportional der Tiefe der Kehlen 6, 16, 16' und in der Größenordnung der Ketten A, B und C.
(4) Die Abspringsicherheit steht im Zusammenhang mit der Eingrifftiefe. Während die Kette A hier ausgezeichnet ist und die Kette C den Grenzwert in Folge des unzureichenden Eingriffs übersteigt, liegt die Kette B innerhalb der Grenze; sie ist für den Einsatz geeignet.
(5) Hinsichtlich der Kontaktfläche des Schuhs: Die Kette A mit der gekrümmten Zahnkante liegt unter dem Grenzwert und die Kette C hat eine große Kontaktfläche. Die Kette B hat eine Kontaktfläche über dem Grenzwert und ist für den Einsatz geeignet. (6) Hinsichtlich der Biegefestigkeit der Kettenradzähne: Die Kette C liegt unter dem Grenzwert, da ihre Zähne klein sind; die Biegefestigkeiten der Ketten A und B liegen über dem Grenzwert.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JA 2009-048466 [0001]
- JA 2006-242329 [0004]
- JA 11-236950 [0004, 0005]

Claims

Doppelseitig treibende Zahnkette (geräuscharme Kette), die endlos verkettet ist durch abwechselndes Verbinden doppelseitig treibender Gliederlaschen mittels Bolzen, wobei die Gliederlaschen beiderseits jeweils ein Zahnpaar aufweisen, wobei die doppelseitig treibende Gliederlasche so ausgebildet ist, dass eine Kehle zwischen den Zähnen des Zahnpaares der einen Seite tiefer ist als die zwischen den Zähnen des Zahnpaares auf der anderen Seite und dass eine Distanz von einer Mittellinie, die ein Paar Bolzenlöcher verbindet, zum Boden der Kehle der anderen Seite gleich oder größer ist als der halbe Durchmesser des Bolzenlochs, und wobei die doppelseitig treibende Gliederlasche so ausgebildet ist, dass deren Ober- und Unterteil um die Mittellinie asymmetrisch ausgeführt sind.
Doppelseitig treibende Zahnkette nach Anspruch 1, für die folgende Zusammenhänge gelten: H ≥ 1,5h; 1,5D ≥ H ≥ 0,5D; und 0,7D ≥ h ≥ 0, wobei h = Strecke von der Mittellinie zum Boden der Kehle auf der einen Seite; H = Strecke von der Mittellinie zum Boden der Kehle auf der anderen Seite; D = Durchmesser des Bolzenlochs.
Doppelseitig treibende Zahnkette nach Anspruch 1 oder 2, bei der Kanten des Zahnpaares der einen Seite im Wesentlichen gekrümmt sind und Kanten des Zahnpaares der anderen Seite als flache Oberflächen ausgebildet sind, die parallel zur Mittellinie verlaufen.
Doppelseitig treibende Zahnkette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Schnittlinie äußerer Flanken, die auf einer Außenseite des Zahnpaares der einen Seite der Gliederlasche ausgebildet sind, mit äußeren Flanken auf einer Außenseite des Zahnpaares der anderen Seite auf der anderen Seite der verlängerten Mittellinie liegen.
Doppelseitig treibende Zahnkette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der Führungslaschen auf der am weitesten außen liegenden Seite der längs des Bolzens aufgereihten, doppelseitig treibenden Gliederlaschen angeordnet und mit dem Bolzen fest verbunden sind und die Führungslasche ein Trimmloch enthält, das auf der anderen Seite der Mittellinie größer ist als auf der einen Seite.
Doppelseitig treibende Zahnkette nach Anspruch 5, bei der das Verhältnis der Zugsteifen der einen zur anderen Seite der doppelseitig treibenden Zahnkette um die Mittellinie invers proportional zum Verhältnis der Zugsteifen der einen zur anderen Seite der Führungslasche um die Mittellinie ist.
Doppelseitig treibende Zahnkette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die doppelseitig treibenden Gliederlaschen endlos so verkettet sind, dass eine Seite derselben dem endlosen Innenumfang und die andere Seite dem endlosen Außenumfang zugewandt sind.
Doppelseitig treibender Zahnkettentrieb, der aufweist: die doppelseitig treibende Zahnkette nach einem der Ansprüche 1 bis 7; ein erstes Kettenrad, das mit einer Seite der doppelseitig treibenden Zahnkette in Eingriff steht; und ein zweites Kettenrad, das mit der anderen Seite der doppelseitig treibenden Zahnkette in Eingriff steht; wobei das erste und das zweite Kettenrad mit der einen bzw. der anderen Seite mit dem gleichen Eingriffsmechanismus im Eingriff stehen und eine Höhe der Zähne des zweiten Kettenrads kürzer ist als die des ersten.
Doppelseitig treibender Zahnkettentrieb nach Anspruch 8, bei dem die Zähne des ersten und des zweiten Kettenrads mit einem Abwälzfräser gleicher Gestalt gefräst und die Zähne des zweiten Kettenrads freigeschnitten sind.
Doppelseitig treibender Zahnkettentrieb nach Anspruch 8 oder 9 weiterhin mit einem in Gleitberührung stehenden Bereich, der die doppelseitig treibende Zahnkette durch gleitende Berührung mit der anderen Kettenseite führt.