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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mehrteiliges Kettenrad zur Übertragung eines Drehmoments bei einem Getriebe, dessen periphere Verzahnung formschlüssig mit einem Zugmittel zusammenwirkt, insbesondere für Motorräder.
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Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Zugmittelgetriebe. Hierbei erfolgt eine Leistungsübertragung durch mindestens eine Zahnrad-Zugmittel-Paarung. Als Zugmittel kann bevorzugt eine Bolzenkette oder dergleichen verwendet werden.
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US 3 225 616 A offenbart ein Zahnrad, bei welchem eine Vielzahl von sich überlappenden Zahnlaschen mittels Stiften und Schrauben an einem Flansch eines Tragrads befestigt werden.
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In der
DE 60 305 206 T2 ist ein Kettenrad gezeigt und beschrieben, welches aus einem Mittelteil aus einer Leichtmetalllegierung besteht, mit welchem ein Zahnkranz aus einer Eisenlegierung durch Niete verbunden ist. Der Zahnkranz aus Eisenlegierung weist dazu radiale Ansätze auf, die mit taschenartigen Ausnehmungen im Mittelteil korrespondieren und sich mit diesen quer über die Böden der taschenartigen Ausnehmungen überlappen.
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Ferner ist aus der
US 2007/0 270 260 A1 ein mehrteiliges Kettenrad bekannt, dessen periphere Verzahnung formschlüssig mit einem Zugmittel zusammenwirkt, wobei ein Innenring zur Befestigung des mehrteiligen Kettenrades an einer Radnabe Durchgangslöcher aufweist, welche auf einem gemeinsamen Lochkreis liegen, wobei der Innenring zur Aufnahme eines Zahnkranzes ausgebildet ist, und dass Mittel vorhanden sind, welche den Innenring und den Zahnkranz axial und radial miteinander verbinden.
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Nachteilig an derartigen Systemen ist, dass zur Bildung und Herstellung eines Zahnrades ein entsprechend hoher konstruktiver und fertigungstechnischer Aufwand erforderlich ist. Taschenartige Ausnehmungen lassen sich nur mit so genannten 3-D-Fertigungstechniken herstellen. Des Weiteren sind die Verbindungen mit dem tragenden Teil zumeist nicht für eine Übertragung hoher Drehmomente unter ungünstigen Rahmenbedingungen geeignet. Unter ungünstigen Rahmenbedingungen sollen hier beispielsweise Moto-Cross-Fahrten, also Fahrten in unbefestigtem Gelände und insbesondere in Sand und Schlamm verstanden werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Kettenrad zur Übertragung eines Drehmoments zu schaffen, welches sich trotz hoher Anforderungen an Festigkeit, Robustheit und ästhetischer Wirkung mit möglichst geringem fertigungstechnischen Aufwand herstellen lässt, wobei eine große Variationsmöglichkeit in der Ausführung gegeben sein soll.
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Diese Aufgabe wird von Kettenrädern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Kettenräder liegen in der einfachen Zweidimensionalen (2-D-)Fertigung ihrer Einzelteile und in der guten Austauschbarkeit ihrer Verschleißelemente, sowie in der Vielseitigkeit der Ausführungsmöglichkeiten.
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Vorteilhaft ist beispielsweise ein mehrteiliges Kettenrad zur Übertragung eines Drehmoments bei einem Getriebe, dessen periphere Verzahnung formschlüssig mit einem Zugmittel zusammenwirkt, wobei ein Innenring zur Befestigung des mehrteiligen Kettenrades an einer Radnabe Durchgangslöcher aufweist, welche auf einem gemeinsamen Lochkreis liegen, wobei der Innenring zur Aufnahme eines Zahnkranzes ausgebildet ist, und wenn Mittel vorhanden sind, welche den Innenring und den Zahnkranz axial und radial miteinander verbinden, und wenn die Mittel zum Verbinden von Innenring und Zahnkranz durch Zusammenwirken eines Pakets von parallelen Schichten zu einem Verbund gebildet werden.
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Ferner ist ein mehrteiliges Kettenrad von Vorteil, wenn die mittlere Schicht des Pakets aus einer Stahllegierung mit hoher Festigkeit besteht, und die benachbarten Schichten aus Leichtmetall geringer Festigkeit gebildet werden, und wenn die umgebenden Schichten im Spritzverfahren um die innere Schicht herum aufgebracht sind.
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Außerdem ist ein mehrteiliges Kettenrad vorteilhaft, wenn der Innenring Zahnkränze mit unterschiedlichen Durchmessern und dementsprechend unterschiedlichen Zähnezahlen aufnehmen kann, und wenn die radial nach innen weisenden Zahnkranz-Ansätze abhängig vom Durchmesser des jeweiligen Zahnkranzes in ihren nach innen weisenden Abmessungen variieren.
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Darüber hinaus ist ein mehrteiliges Kettenrad von Vorteil, wenn der Durchmesser des Zahnkranzes aufgrund seiner Kreisringförmigen Kontur durch seine radiale Ringbreite bestimmt ist.
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Vorteilhaft ist ein mehrteiliges Kettenrad auch dann, wenn der Innenring in gewichtsreduzierter Bauweise festigkeitsoptimiert in Rahmen-Bauweise ausgeführt ist und einen Ring-Rahmen und gegebenenfalls ein Hilfsring-Rahmen aufweist.
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Vorteilhaft ist ein mehrteiliges Kettenrad auch dann gestaltet, wenn der Zahnkranz in gewichtsreduzierter Skelett-Bauweise festigkeitsoptimiert ausgeführt ist, und wenn die die innere Kontur des Kreisrings im Wesentlichen der äußeren Form der Zähne folgt.
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Außerdem ist ein mehrteiliges Kettenrad dann vorteilhaft, wenn der Innenring und der Zahnkranz aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und unterschiedliche Materialdicken aufweisen.
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Besonders vorteilhaft ist ein mehrteiliges Kettenrad dann gestaltet, wenn der Zahnkranz unabhängig von seinem Durchmesser eine reduzierte Anzahl von Zähnen aufweist.
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Mit Hilfe von Ausführungsbeispielen und Details soll die Erfindung nachstehend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert werden.
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Es zeigt
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1 eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Kettenrads;
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2 eine vergrößerte Detail-Ansicht einer Verbindung zwischen Innenring und Zahnkranz gemäß 1;
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3 eine Variante eines erfindungsgemäßen Kettenrads in einer räumlichen Ansicht;
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4 eine vergrößerte Detail-Ansicht einer Verbindung zwischen Innenring und Zahnkranz gemäß 3;
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5 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Kettenrads in einer räumlichen Ansicht;
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6 eine vergrößerte Detail-Ansicht einer Verbindung zwischen Innenring und Zahnkranz gemäß 5;
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7 eine nochmalige Variante eines erfindungsgemäßen Kettenrads in räumlicher Ansicht;
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8 eine vergrößerte Detail-Ansicht einer Verbindung zwischen Innenring und Zahnkranz gemäß 7;
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9 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Kettenrads in einer räumlichen Ansicht;
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10 eine vergrößerte Detail-Ansicht einer Ausgestaltung eines Zahnkranz gemäß 9;
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11 eine nochmalige Variante eines erfindungsgemäßen Kettenrads in einer räumlichen Ansicht;
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12 eine vergrößerte Detail-Ansicht einer Ausgestaltung eines Zahnkranz gemäß 11 und
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13 eine andere Ausgestaltung eines Zahnkranzes mit reduzierter Anzahl von Zähnen in räumlicher Ansicht eines Kettenrads.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kettenrad 1 veranschaulicht, welches im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten besteht. Die erste Komponente wird von einem Innenring 2 gebildet, der eine Kontur aufweist, die aus einem skelettierten Sechseck abgeleitet ist, so dass ein Ring-Rahmen 3 mit sechs konkaven Seiten 4 gebildet wird. In der Mitte der konkaven Seiten 4 befindet sich jeweils eine Bohrung 5 die in einer Senkung 6 ausläuft. Mittels dieser sechs Bohrungen 5 – die auf einem gemeinsamen Lochkreis liegen – wird der Innenring 2 an einer nicht dargestellten Radnabe befestigt. An den sechs Ecken des den Innenring 2 bildenden Ring-Rahmens 3 befinden sich Innenring-Ansätze 2A mit Durchbrüchen 7, welche radial nach außen hin geöffnet sind. Die zweite Komponente wird von einem Zahnkranz 8 gebildet, dessen Kontur von einem Kreisring 9 abgeleitet ist. An seiner Peripherie befindet sich eine Verzahnung mit einer bestimmten Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Zähnen 10. In seiner inneren Kontur weist der Zahnkranz 8 Zahnkranz-Ansätze 11 auf, die radial nach innen weisen. Die geometrische Verteilung und die Anzahl der radial nach innen weisenden Zahnkranz-Ansätze 11 entspricht der geometrischen Anordnung und Anzahl der Innenring-Ansätze 2A mit ihren Durchbrüchen 7 an den Ecken des Ring-Rahmens 3. Die radial nach innen weisenden Zahnkranz-Ansätze 11 und die Durchbrüche 7 an den Innenring-Ansätzen 2A sind so aufeinander abgestimmt, dass sie miteinander korrespondieren.
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Bei einem Zusammenbau des Kettenrads 1 kann der Zahnkranz 8 mittels seiner radial nach innen weisenden Zahnkranz-Ansätze 11 so auf den Innenring 2 mit seinen nach außen geöffneten Durchbrüchen 7 an den Innenring-Ansätzen 2A montiert werden, dass in der Endlage der Innenring 2 und der Zahnkranz 8 in einer Ebene liegen und zusammen ein betriebsbereites Kettenrad 1 bilden. Mit Hilfe von Pass-Schrauben 12, die genau auf Bohrungen 13 abgestimmt sind, welche sich in den Zahnkranz-Ansätzen 11 befinden, werden Innenring 2 und Zahnkranz 8 mechanisch gesichert und gegebenenfalls justiert.
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In 2 ist ein Detail stark vergrößert dargestellt, welches die Anordnung von Zahnkranz-Ansatz 11 innerhalb des Durchbruchs 7 in dem Innenring-Ansatz 2A und die Bohrung 13 deutlicher zeigt. Zur vorgenannten Justierung ist eine Senkung 14 vorhanden, in welche die in 1 schematisch gezeigte Pass-Schraube 12 mit ihrem nicht dargestellten Kegel eingreift.
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3 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Kettenrads 1. In ähnlicher Weise – wie schon am Ausführungsbeispiel der 1 gezeigt – ist ein Innenring 2 vorhanden, der aus Gewichtsgründen in eine Kontur aufgelöst ist, die einen Ring-Rahmen 3 bildet und einem Sechseck ähnelt. Um ein möglichst geringes Gewicht zu erzielen ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Ring-Rahmen 3 mit besonders geringer Rahmenstärke ausgeführt. Die erforderliche hohe Festigkeit des Innenrings 2 wird durch einen Hilfsring-Rahmen 15 erzielt, der gegenüber dem Ring-Rahmen 3 um 60° verdreht ist und mit den Seiten des Ring-Rahmens 3 in deren Mitte jeweils einen Knotenpunkt 16 bildet. In den Knotenpunkten 16 befindet sich jeweils eine Bohrung 17 mit Senkung 18, mit deren Hilfe der Innenring 2 an einer nicht dargestellten Radnabe fixiert werden kann.
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Abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäß 1 trägt der Innenring 2 in diesem Ausführungsbeispiel radial nach außen weisende Innenring-Ansätze 2A die mit Durchbrüchen 7 in nach innen weisenden Zahnkranz-Ansätzen 11 im Zahnkranz 8 korrespondieren. Diese Bauform kann vorteilhaft sein, wenn mit größerem Durchmesser des Zahnkranzes 8 eine größere Zähnezahl gewählt werden sollte. Da sich durch die Vertauschung der Zuordnung von Ansätzen 2A/11 und Durchbrüchen 7 bei Innenring 2 und Zahnkranz 8 jedoch die funktionellen Bedeutungen nicht ändern, werden für die betroffenen Bauteile sinngemäß die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Ein entsprechendes Detail ist in einem vergrößerten Ausschnitt in 4 dargestellt, der für sich spricht.
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In 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Innenring 2 ähnlich gestaltet ist, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß der 3, so dass hierauf Bezug genommen werden kann. Allerdings weisen die Befestigungselemente zwischen Innenring 2 und Zahnkranz 8 erhebliche Unterschiede gegenüber den bereits gezeigten Ausführungsbeispielen auf. An seinen sechs Ecken ist der Innenring 2 radial stark abgeflacht, sodass sich sechs Innenring-Ansätze 19 mit nach außen weisenden Flächen 20 ergeben. In den Flächen 20 sind axial ausgerichtete Durchbrüche 21 eingearbeitet. Ein Zahnkranz 8 weist radial nach innen gerichtete Zahnkranz-Ansätze 22 auf, die in radial nach innen gerichteten Flächen 23 enden. In den Flächen 23 sind ebenfalls axial ausgerichtete Durchbrüche 24 eingearbeitet. Bei einer Montage von Innenring 2 und Zahnkranz 8 stehen sich die Flächen 20 und 23 der Innenring-Ansätze 19 und der Zahnkranz-Ansätze 22 parallel gegenüber. Durch die axial ausgerichteten Durchbrüche 21 und 24 wird wirkungsmäßig jeweils eine Durchgangsbohrung 21/24 erzeugt, in denen Befestigungsmittel wie Schrauben, Niete oder dergleichen zur Fixierung der beiden Kettenradkomponenten Innenring 2 und Zahnkranz 8 angeordnet werden können.
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Ein diesbezügliches Detail ist analog zu den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen stark vergrößert in 6 gezeigt.
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In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist erkennbar, dass die Befestigungsvariante gemäß Ausführungsbeispiel nach 1 mit dem Innenring nach dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 kombiniert wurde, wobei allerdings durch die spezielle Ausführung des Zahnkranzes 8 eine weitere Gewichtsreduzierung erzielt wird. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird ausdrücklich auf die entsprechenden Teile der Figurenbeschreibungen zu den 1 bis 4 hingewiesen und Bezug genommen. Der Zahnkranz 8 weicht jedoch von seiner Kreisringförmigen Kontur deutlich ab. Die Anordnung der Zähne 10 des Zahnkranzes 8 bleibt unverändert, aber die Kontur des Kreisringes 9 wird soweit geändert, dass die innere Kontur 25 im Wesentlichen der äußeren Form der Zähne 10 folgt. Durch diese Maßnahme reduziert sich die radiale Materialstärke des Zahnkranzes 8 ungefähr auf die Zahnbreite am Fuß der Zähne 10 und es ergeben sich bei der inneren Kontur 25 des Zahnkranzes 8 konvexe Ausbauchungen 26, die ungefähr dem Verlauf des jeweiligen Zahngrundes folgen.
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Ein entsprechendes Detail ist – wieder stark vergrößert – der 8 zu entnehmen.
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In 9 ist eine zusätzliche Variante eines Kettenrads 1 dargestellt. In Bereich 27 des Zahnkranzes 8 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel das Kettenrad 1 aus einem Paket 28 von parallelen Schichten 29, 30, 31 aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet wird, dessen Dicke die Zahnbreite des Zahnkranz-Bereichs 27 darstellt, wobei die mittlere Schicht 30 des Pakets 28 aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit besteht, und die benachbarten Schichten 29, 31 aus Werkstoffen geringerer Festigkeit gebildet werden. Die Verbindung von Innenring 2 und Zahnkranz 8 kann dabei auf eine der bereits gezeigten und beschriebenen Art und Weise erfolgen.
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Im Detail ist diese Variante in 10 veranschaulicht. Eine derartige Ausführungsform begünstigt das Verschleißverhalten des Kettenrades 1, da die weniger verschleißfesten Materialien des Schichtenpakets 28 die Kette beim Eingriff schonen. Die positive ästhetische Wirkung ist beim Verkauf eines derartigen mehrfarbigen Kettenrads ein weiterer Vorteil.
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11 zeigt eine besonders vorteilhafte Variante, bei der letztlich das gesamte Kettenrad 1 aus einem mehrschichtigen Paket 28 besteht. Der Innenring 2 und der Zahnkranz 8 sind beinahe vollständig von einem Paket aus drei Schichten 29, 30, 31 gebildet. Die beiden äußeren Schichten 29 und 31 bestehen aus Werkstoff mit geringer Festigkeit, bevorzugt aus Kunststoff. Die innere Schicht 30 besteht zumindest im Bereich des Zahnkranzes 8 aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit, bevorzugt aus Stahl. Die beiden äußeren Schichten 29 und 31 können durch Umspritzen der inneren Schicht 30 so gestaltet sein, dass die innere Schicht 30 von den äußeren Schichten 29 und 31 derart ummantelt ist, dass nur noch der Bereich des Zahnkranzes 8 frei von der Ummantelung bleibt, an dem das Kettenrad 1 Kontakt mit der Kette hat.
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Eine praktische Lösung der Herstellung eines derart ummantelten Kettenrads 1 kann darin bestehen, dass die innere Schicht 30, bestehend aus Innenring 2 und Zahnkranz 8 in eine Form eingelegt werden, und die umgebenden Schichten 29 und 31 im Spritzverfahren um die innere Schicht 30 herum aufgebracht werden. Dazu eignen sich beispielsweise sowohl Kunststoffe als auch Leichmetalle. Der entstehende Verbund der drei Schichten 29, 30 und 31 übernimmt die Verbindung von Innenring 2 und Zahnkranz 8, wobei noch weitere fertigungstechnische und optische Vorteile zum Tragen kommen.
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In 12 ist analog zu den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ein stark vergrößertes Detail dieser vorteilhaften Bauform dargestellt. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind hier ebenfalls mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie bei den voran gegangenen Beispielen.
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Eine nochmalige Variation eines erfindungsgemäßen Kettenrads 1 zeigt 13. Bei gegebenem Durchmesser des Zahnkranzes 8 sind deutlich weniger Zähne 32 an dessen Peripherie angeordnet. Diese Maßnahme bewirkt, – bei weiterhin ausreichender Festigkeit für die Drehmomentübertragung – dass die Selbstreinigung des Kettenrads 1 zusammen mit der nicht dargestellten Kette deutlich verbessert werden kann. Vor allem bei Gelände-Motorrädern (Moto-Cross) ist dieser Effekt von sehr großem Vorteil. Die Reibungsverluste durch Sand, Schlamm und ähnliche Verunreinigen verringern sich gegenüber einem Kettenrad 1 mit traditioneller Zähnezahl ebenfalls beträchtlich. Dies stellt bei Wettbewerben einen deutlichen Leistungsvorsprung dar.
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Ein ganz besonderer Vorteil eines erfindungsgemäßen Kettenrades 1 – gleich welcher der vorgeschlagenen Bauformen – besteht darin, dass die Varianten, soweit es den spanenden Bereich betrifft, ausschließlich mit Werkzeugmaschinen gefertigt werden können, die im sogenannten 2-D-Verfahren arbeiten. Dies bringt bei der Herstellung sehr hohe Kostenvorteile gegenüber einer 3-D-Fertigung, wie sie beispielsweise für sogenannte Taschen-Fräsungen und dergleichen bei Kettenrädern nach dem Stand der Technik erforderlich ist.
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Bei der gezeigten Variante kann der innere Teil des Kettenrads vollständig aus Kunststoff bzw. aus einem Leichtmetall bestehen. Die Auswechselbarkeit des Zahnkranzes hat sowohl wartungstechnische als auch ökonomische und ökologische Vorteile, denn bei Verschleiß des Zahnkranzes muß nur dieser und nicht das gesamte Kettenrad ausgetauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kettenrad
- 2
- Innenring
- 2A
- Innenring-Ansätze
- 3
- Ring-Rahmen
- 4
- Konkave Seiten
- 5
- Bohrung
- 6
- Senkung
- 7
- Durchbrüche
- 8
- Zahnkranz
- 9
- Kreisring
- 10
- Zähne
- 11
- Zahnkranz-Ansätze
- 12
- Pass-Schraube
- 13
- Bohrung
- 14
- Senkung
- 15
- Hilfsring-Rahmen
- 16
- Knotenpunkt
- 17
- Bohrung
- 18
- Senkung
- 19
- Innenring-Ansätze
- 20
- Flächen
- 21
- Durchbrüche
- 22
- Zahnkranz-Ansätze
- 23
- Flächen
- 24
- Durchbrüche
- 25
- Innere Kontur
- 26
- Konvexe Ausbauchungen
- 27
- Zahnkranz-Bereich
- 28
- Paket paralleler Schichten
- 29
- Schicht
- 30
- Schicht
- 31
- Schicht
- 32
- Zähne
