-
Die Erfindung betrifft ein Kettenrad für einen Kettentrieb eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einem Zahnkranz mit mehreren gleichmäßig umfangsverteilten, in eine Kette eingreifenden Zähnen, die durch Zahnlücken voneinander getrennt sind und das Kettenrad eine Kettenführung aufweist, bestehend aus beidseitig axial abstehenden, einstückig mit dem Zahnkranz verbundenen Schultern mit einem zylindrischen Außendurchmesser, auf denen jeweils Kettenlaschen der Kette mittelbar über eine Dämpfungsstruktur abgestützt sind.
-
Kettentriebe, auch Zugmitteltriebe genannt, werden bei Brennkraftmaschinen insbesondere im Steuertrieb zum Antrieb von Nockenwellen eingesetzt oder für Nebentriebe, beispielsweise zum Antrieb einer Ausgleichswelle, einer Hockdruckpumpe oder für eine Ölpumpe. Zur Minimierung der Geräuschentwicklung bei der Kettenführung eines Kettentriebes sind aus dem Stand der Technik bereits Lösungen bekannt.
-
Einen gattungsbildenden Stand der Technik zeigt die US 2007 / 0293 361 A1, bei der das Kettenrad als Dämpfungsstruktur beiderseitig des Zahnkranzes zwei metallische, auf den Schultern des Zahnkranzes positionierte Dämpfungsringe umfasst. Über Außenlaschen ist die Kette dabei unmittelbar auf dem äußeren Dämpfungsring der Dämpfungsstruktur abgestützt und geführt.
-
Die
US 8 979 688 B2 offenbart einen Kettentrieb, bei dem in das Zahnprofil des Kettenrades eine radiale Umlaufnut eingebracht ist, die zur Aufnahme von zwei drahtähnlichen Dämpfungsringen bestimmt ist. Ein erster wellenförmiger Ring ist dabei von einem zweiten zylindrischen Ring umschlossen, wobei die Ringe so angeordnet sind, dass sie gegeneinander gleiten können. Im Betriebszustand des Kettentriebs, beim Eingriff des Zahnprofils in die Kettenglieder der Kette kommt es zunächst zu einem Kontakt zwischen dem Verbindungsbolzen bzw. der Rolle des jeweiligen Kettengliedes und dem äußeren Dämpfungsring. Anschließend bei einer weiteren Verdrehung des Kettenrades verschiebt sich der Verbindungsbolzen in den Zahnlücken bis an den Nutgrund des Zahnprofils, synchron zur Verschiebung der Dämpfungsringe in der radialen Umlaufnut.
-
Gemäß der
JP 52-163 661 U sowie der
JP 57-137 856 U umschließt ein Dämpfungsgummi bzw. ein elastischer Ring als Dämpfungselement Bereiche der Zahnfläche von dem Kettenrad. Bei einem Eingriff des Zahnprofils des Kettenrades in die Kette sind die Rollen der Kettenglieder an dem elastischen Dämpfungselement abgestützt, um ein Auftreffgeräusch der Rollen an der Kettenradverzahnung zu reduzieren. Das gummierte Kettenrad unterliegt einem hohen Verschleiß, verursacht durch den direkten Kontakt der Kette bzw. deren Lasche an dem Gummimaterial.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein baulich und funktional verbessertes, kostengünstig darstellbares Kettenrad zu schaffen, mit dem ein geräuschoptimierter Kettentrieb realisierbar ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kettenrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen oder Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
-
Gemäß der Erfindung ist für das Kettenrad eine Dämpfungsstruktur vorgesehen, die zwei hülsenartig gestaltete Ringelemente aus unterschiedlichen Materialien umfasst. Dabei umschließt ein erster aus einem elastischen Material, insbesondere einem temperaturbeständigen, dauerfesten Kunststoff hergestellter Dämpfungsring die Schultern des Zahnkranzes. Als zweites Ringelement ist ein aus einem metallischen Werkstoff hergestellter, den Dämpfungsring umschließender Führungsring vorgesehen, an dessen Mantelfläche die Kettenlaschen der Kette unmittelbar abgestützt sind.
-
Durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Dämpfungsstruktur, bei dem der äußere, hülsenartig gestaltete Führungsring den elastischen, ebenfalls hülsenartig gestalteten Dämpfungsring umgreift, ergibt sich eine geschützte Einbaulage des Dämpfungsrings und folglich eine verbesserte Lebensdauer im Vergleich zu einem gummierten Kettenrad. Vorteilhaft kann mit der Erfindung eine baulich und funktional verbesserte Dämpfungsstruktur realisiert werden, die durch die Anordnung von zwei Ringelementen einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar ist.
-
Mit dem konstruktiven Aufbau stellt sich weiterhin im Unterschied zu einer ausschließlich Stahldämpfungsringe einschließenden Dämpfungsstruktur eine verbesserte Geräuschdämpfung ein, die gleichzeitig die Geräuschentwicklung des Kettentriebs verbessert. Gemäß der Erfindung ist der Führungsring durch den elastischen Dämpfungsring von der Kette bzw. deren Zahnprofil isoliert. Diese Maßnahme bewirkt dauerhaft vorteilhaft ein reduziertes Geräuschniveau an den Eingriffspunkten oder Kontaktpunkten zwischen den Kettenlaschen und dem Führungsring.
-
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme, ein Kettenrad mit einer Dämpfungsstruktur einzusetzen, die einen gummierten bzw. elastischen Dämpfungsring einschließt, kann insbesondere die von dem Polygoneffekt des Kettentriebes zwangsläufig generierte Geräuschentwicklung deutlich reduziert werden. Um diesen positiven Effekt der erfindungsgemäßen Dämpfungsstruktur dauerhaft zu gewährleisten ist vorgesehen, den Durchmesser des Führungsrings so auszuwählen, damit im Betriebszustand das Kettenglied bzw. die Kettenlasche stets mit dem Führungsring in Berührung kommt oder an diesem geführt ist.
-
Die beiden Bauteile bilden zusammen eine auch als Dämpfungseinheit bezeichnete Dämpfungsstruktur, die den Impuls der Kettenlasche bei dem Auftreffen auf das Kettenrad dämpft. Bevorzugt ist die Dämpfungsstruktur so aufgebaut, dass deren Ringelemente zu beiden Seiten des Zahnprofils vom Kettenrad hinsichtlich der Breite und des Durchmessers gleich angeordnet sind. So wird wirksam ein nachteiliges Verkippen oder Schrägstellen der Ringelemente der Dämpfungsstruktur und/oder der Kettenlaschen unterbunden.
-
Die aus unterschiedlichen Materialien oder Werkstoffen hergestellten Ringelemente der Dämpfungsstruktur weisen bevorzugt übereinstimmende Breiten auf. Die Ringdicke kann in Abstimmung mit der Werkstoffwahl und/oder unter Berücksichtigung einer Umgebungskonstruktion beliebig variiert werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl der Dämpfungsring als auch der Führungsring der Dämpfungsstruktur dreh- und lagefixiert mit der Schulter von dem Zahnkranz des Kettenrades verbunden sind. Der innere Durchmesser des Führungsrings ist dabei angepasst an den Außendurchmesser von dem Dämpfungsring. Zur Darstellung einer Baueinheit ist bevorzugt der Führungsring sowohl mit dem Dämpfungsring als auch mit der Schulter der Kettenradverzahnung stoffschlüssig verbunden, wozu sich insbesondere eine Verklebung eignet.
-
Im Betriebszustand des Kettentriebs führt eine resultierende Kontaktkraft bei einem Auftreffen der Kette bzw. deren Kettenlasche auf die Dämpfungsstruktur zu einer Kompression des elastischen Materials vom Dämpfungsring, so dass sich die Dämpfungsstruktur im Rahmen der Elastizität des Dämpfungsrings begrenzt verschiebt und folglich eine Dämpfung bewirkt.
-
Ein alternativer erfindungsgemäßer Aufbau der Dämpfungsstruktur umfasst einen Führungsring, der relativ beweglich zu dem Dämpfungsring angeordnet ist. Dazu ist der Innendurchmesser des Führungsrings größer als ein äußerer Durchmesser des Dämpfungsrings ausgelegt, wobei zumindest der mit der Kette oder den Kettenlaschen in Verbindung stehende Führungsring lose eingesetzt ist. Die Kontaktkraft, die sich bei einem Auftreffen der Kette auf die Dämpfungsstruktur einstellt, verursacht eine senkrechte Verschiebung bzw. ein Gleiten zur Rotationsachse des Kettenrades von dem Führungsring. Synchron dazu wird das elastische Material von dem Dämpfungsring komprimiert, wodurch sich eine gewünschte Dämpfung einstellt.
-
Bei dem Konzept mit dem lose eingesetzten Führungsring kann dessen Flexibilität genutzt werden, um die kinetische Auftreffcharakteristik von Kettengliedern auf die erfindungsgemäße Dämpfungsstruktur einzustellen. Vorteilhaft sind dadurch die zeitlichen Kraft-Weg-Verläufe sowie die Kraft-Geschwindigkeits-Verläufe von auf den Führungsring auftreffenden Kettengliedern einstellbar. Beispielsweise lassen sich damit gewünschte, weichere Abbremsvorgänge von den auftreffenden Kettengliedern realisieren. Durch die Viskoelastizität weist Gummi, das bevorzugt als Material für den Dämpfungsring vorgesehen ist, auch einen geschwindigkeitsabhängigen Kraftanstieg auf. Das Gummimaterial wird durch die Wirkung des lose eingesetzten Führungsrings nicht schlagartig belastet, sondern wird in einem Keilspalt zusammengedrückt, wodurch sich die Kraftwirkung beim Zusammendrücken vorteilhaft sanfter entfaltet. Ein nachteiliges Zurückfedern des Führungsrings wird aufgrund des Einklemmens von dem Führungsring durch die Kettenglieder verhindert. Aufgrund seiner dissipativen Eigenschaften federt das Gummimaterial und folglich der Dämpfungsring selber nicht so stark zurück.
-
Zur wirksamen Sicherung der Dämpfungsstruktur ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Führungsring und der Dämpfungsring an ihren axialen Enden jeweils von einem Sicherungsring fixiert sind. Dazu ist für jede Dämpfungsstruktur vorzugsweise ein radial vorgespannter Sprengring als Sicherungsring vorgesehen, der kraft- und formschlüssig in eine Umlaufnut der Schulter des Kettenrades eingesetzt ist und die Dämpfungsstruktur axialfest in der richtigen Position hält.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei in drei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigt:
- 1: in einer Seitenansicht ein Kettenrad mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsstruktur;
- 2: schematisch in einem Halbschnitt einen Kettentrieb in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Kettenrad;
- 3: in einer Seitenansicht ein Kettenrad mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsstruktur.
-
In der 1 und der 2 ist ein Kettenrad 1 eines Kettentriebs 2 gezeigt, der für ein Kraftfahrzeug bestimmt ist. Das Kettenrad 1 weist einen Zahnkranz 3 auf, der aus mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten Zähnen besteht, die jeweils durch Zahnlücken 4 voneinander getrennt sind. Das Kettenrad 1 greift über den Zahnkranz 3 in eine beispielsweise als Rollen- oder Hülsenkette ausgeführte Kette 5 ein, wobei Gelenkbolzen 6 der Kette 5 in den Zahnlücken 4 verrasten. Das Kettenrad 1 umfasst, wie in 2 gezeigt, vom Zahnkranz 3 beidseitig axial abstehende, auch als Naben zu bezeichnende Schultern 7, auf denen jeweils Kettenlaschen 8 der Kette 5 mittelbar geführt sind. Zur Darstellung einer gedämpften Kettenführung ist zwischen den Kettenlaschen 8 und den Schultern 7 eine aus zwei konzentrisch angeordneten Ringelementen bestehende Dämpfungsstruktur 9 vorgesehen. Ein erstes Ringelement bildet ein die Schulter 7 umschließender, aus einem elastischen Material hergestellter Dämpfungsring 10, der in einen Führungsring 11 eingepasst ist. Der aus einem metallischen Werkstoff hergestellte Führungsring 11 bildet das zweite Ringelement der Dämpfungsstruktur 9, wobei an einer Mantelfläche 12 des Führungsrings 11 jeweils Kettenlaschen 8 der Kette 5 unmittelbar gedämpft abgestützt und geführt sind.
-
Der Aufbau der Dämpfungsstruktur 9 sieht vor, dass der Dämpfungsring 10 und der Führungsring 11 drehstarr und lagepositioniert mit der Schulter 7 des Kettenrades 1 bevorzugt stoffschlüssig verbunden sind. Die Dämpfungsstruktur 9 gewährleistet, dass der im Betriebszustand des Kettentriebs 2 durch die Kette 5 auf den Zahnkranz 3 des Kettenrades 1 übertragene Impuls durch den Dämpfungsring 10 abgedämpft wird. Die 2 zeigt weiterhin eine Sicherung, mit der die Dämpfungsstruktur 9 in der Einbauposition gehalten ist. Dies erfolgt mittels eines radial vorgespannten Sicherungsrings 13, der formschlüssig in eine Umlaufnut 14 der Schulter 7 von dem Zahnkranz 3 eingesetzt ist.
-
Die 3 zeigt das Kettenrad 1 mit der Dämpfungsstruktur 19 als ein zweites Ausführungsbeispiel, die übereinstimmend mit der Dämpfungsstruktur 9 einen inneren Dämpfungsring 20 und einen äußeren Führungsring 21 umfasst. Um eine relative Beweglichkeit des Führungsrings 21 gegenüber dem Dämpfungsring 20 zu ermöglichen, ist der Führungsring 21 lose, ohne Fixierung an dem Dämpfungsring 20, eingesetzt. Dazu ist ein Innendurchmesser D1 des Führungsrings 21 größer als ein äußerer Durchmesser D2 des Dämpfungsrings 20 ausgelegt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kettenrad
- 2
- Kettentrieb
- 3
- Zahnkranz
- 4
- Zahnlücke
- 5
- Kette
- 6
- Gelenkbolzen
- 7
- Schulter
- 8
- Kettenlasche
- 9
- Dämpfungsstruktur
- 10
- Dämpfungsring
- 11
- Führungsring
- 12
- Mantelfläche
- 13
- Sicherungsring
- 14
- Umlaufnut
- 19
- Dämpfungsstruktur
- 20
- Dämpfungsring
- 21
- Führungsring
- D1
- Innendurchmesser (Führungsring)
- D2
- Außendurchmesser (Dämpfungsring)
-
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
-
- US 8979688 B2 [0004]
- JP 52163661 [0005]
- JP 57137856 U [0005]
