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Die
Erfindung betrifft ein Kettenrad eines Kettengetriebes, insbesondere
eines Steuerkettengetriebes eines Verbrennungsmotors, mit radial
außen
ausgebildetem Zahnkranz mit radial innerhalb des Zahnkranzes ausgebildeten
beidseitig in axialer Richtung sich erstreckenden Verlängerungen
des Kettenrads, die an ihrer radialen Außenseite als aus mit elastischem
Material beschichtete Auflagefläche für die Kettenglieder
der Kette ausgebildet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines Kettenrades eines Kettengetriebes, insbesondere eines Steuerkettengetriebes
eines Verbrennungsmotors, mit radial außen ausgebildetem Zahnkranz
mit radial innerhalb des Zahnkranzes ausgebildeten beidseitig in axialer
Richtung erstreckten Verlängerungen
des Kettenrads, bei dem die radiale Außenseite zur Herstellung einer
dämpfenden
Auflagefläche
für die
Kettenglieder der Kette mit elastischem Material ausgeführt wird.
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Eine
derartige Ausbildung eines Kettenrades ermöglicht es, bei einfachem Aufbau
des Kettenrads, die radialen Kraftkomponenten der einlaufenden Kette
gedämpft
und weitgehend schwingungsfrei in radialer Richtung durch das elastische
Material in die radiale Oberfläche
der Verlängerung
in Richtung Kettenradachse ein- und abzuleiten. Unruhe in der Kettenbewegung
sowie im gesamten Kraftübertragungsablauf
kann hierdurch weitgehend vermieden werden. Dies ermöglicht eine
zuverlässige
Dämpfung der
dynamischen Kräfte
auf die Kette, was besonders beim Steuerkettengetriebe eines Verbrennungsmotors
wesentliche Vorraussetzung für
geräuscharmen Trieb
ist. Allerdings unterliegt das elastische Material einer ständig an-
und abschwellenden Druckbelastung in radialer Richtung zwischen
der radial von außen
einwirkenden Kette und der radial von innen stützenden Oberfläche der
axialen Verlängerung.
Die Belastung führt
bei durchgehend gummielastischen Schulterringen zu frühzeitigem
Verschleiß durch Rissbildung,
so dass die Dämpfung
und damit der Geräuschvorteil
verloren geht.
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Aus
der FR 1.186.486 ist ein derartiges Kettenrad bekannt. Zur Reduktion
von Reib- und Verschleißeinflüssen wird
hier das elastische Material mit einer in Umfangsrichtung des Rades
unterschiedlichen radialen Erstreckung ausgebildet, so dass der Kontakt
zwischen Kette und elastischem Material über den Umfang in Abhängigkeit
von der gewünschten
Stützwirkung
variiert. Da unverändert
auch bei dieser Ausbildung das elastische Material mit ständig an-
und abschwellenden Druckbelastung in radialer Richtung zwischen
der radial von außen
einwirkenden Kette und der radial von innen stützenden Oberfläche der
axialen Verlängerung
belastet wird, wird zwar an den Stellen des reduzierten Kontakts
eine geringere Belastung erzielt, aber an den wesentlichen verbleibenden
Kontaktstellen wird das Gummimaterial unverändert oder sogar noch stärker in
Mitleidenschaft gezogen. Die Gefahr der Rissbildung und des vorzeitigen
Ausfalls ist hier besonders groß. Zur
Vermeidung dieser Rissbildungsgefahr ist es möglich, auf andere, aber aufwendigere
Kettenradkonstruktionen zurückzugreifen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise ein
Kettengetriebe, insbesondere eines Steuerkettengetriebes eines Verbrennungsmotors,
unter Beibehaltung des einfachen Aufbaus und der Vorteile eines
Kettengetriebes, insbesondere eines Steuerkettengetriebes eines
Verbrennungsmotors, mit radial außen ausgebildetem Zahnkranz
mit radial innerhalb des Zahnkranzes ausgebildeten beidseitig in
axialer Richtung erstreckende Verlängerungen des Kettenrads, die
an ihrer radialen Außenseite
als aus mit elastischem Material beschichtete Auflagefläche für die Kettenglieder
der Kette ausgebildet ist, zu ermöglichen, bei welchem die Rissbildungsgefahr
aufgrund der ständig
an- und abschwellenden Druckbelastung in radialer Richtung zwischen
der radial von außen
einwirkenden Kette und der radial von innen stützenden Oberfläche der axialen
Verlängerung
während
des Kettenlaufs reduziert ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Ausbildung eines Kettenrades eines Kettengetriebes, insbesondere
eines Steuerkettengetriebes eines Verbrennungsmotors, mit radial
außen
ausgebildetem Zahnkranz mit einer radial innerhalb des Zahnkranzes
ausgebildeten beidseitig in axiale Richtungen erstreckende Verlängerungen
des Kettenrads, die an ihrer radialen Außenseite als aus mit elastischem
Material beschichtete Auflagefläche
für die
Kettenglieder der Kette ausgebildet ist, gemäß den Merkmalen von Anspruch
1 gelöst,
bei welchem das elastische Material mit Festigkeitsträgern armiert ausgebildet
ist. Die Erfindung wird darüber
hinaus auch durch das Verfahren zur Herstellung eines Kettenrades
eines Kettengetriebes, insbesondere eines Steuerkettengetriebes
eines Verbrennungsmotors, mit radial außen ausgebildetem Zahnkranz
mit radial innerhalb des Zahnkranzes ausgebildeten beidseitig in
axialen Richtungen erstreckten Verlängerung des Kettenrads gemäß den Merkmalen
von Anspruch 9 gelöst,
bei dem die radiale Außenseite
zur Herstellung einer dämpfenden
Auflagefläche
für die
Kettenglieder der Kette mit elastischem Material beschichtet wird,
bei welchem das elastische Material mit Festigkeitsträgern zusätzlich verstärkt wird.
Durch diese Armierungen des elastischen Materials wird es ermöglicht,
die Widerstandsfähigkeit
des elastischen Materials gegen Rissbildung zu erhöhen.
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Die
Ansprüche
2 bis 13 beinhalten besonders vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung.
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Die
Ausbildung gemäß den Merkmalen
von Anspruch 14 ermöglicht
eine besonders geringe Biegebelastung für den Federdraht und des Gummiunterbaus
durch die auflaufenden Kettenlaschen. Zur Herstellung kann beispielsweise
eine herkömmliche Spiralfeder
flachgedrückt
und dann einvulkanisiert werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung
mit einer flachgedrückten
Spiralfeder, deren Spiralmantelfäche
einen viereckigen Querschnitt aufweist., Durch welche die Lastverteilung
noch weiter begünstigt
wird.
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Die
Ausbildung gemäß den Merkmalen
von Anspruch 15 wobei der Schraubenlinienmantel des um die in Umfangsrichtung
des Kettenrades ausgebildete Erstreckungslinie schraubenlinienförmig gewickelten
Federdraht in seinem Querschnitt mehreckig insbesondere viereckig
ausgebildet ist ermöglicht
es, dass unter Kettenlast die Windungsabstände der Feder lastabhängig örtlich elastisch
verändert werden.
Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Krafteinleitung und Kraftverteilung
ist dabei die Ausbildung gemäß den Merkmalen
von Anspruch 16. Eine bevorzugte, weil einfach herzustellende und
hinsichtlich der Krafteinleitung und Kraftverteilung besonders vorteilhafte
Ausbildung stellt die Ausführung
von Anspruch 17 dar.
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Die
Ausbildung gemäß den Merkmalen
von Anspruch 18, wobei im elastischen Material über den Umfang des Kettenrades
verteilt ausgebildete Einzelfederelemente mit einer Federkraftkomponente
in radialer Richtung eingebettet sind, ermöglicht eine besonders gute
Dämpfung
des Polygoneffektes. Dieser ist durch die polygonale Kettenkontur
im Bereich des Kettenrades und die hierdurch bedingte von den Kettenlaschen
in Umfangsrichtung des Kettenrades unterschiedlich eingeleitete
Last in die als auf Auflagefläche
wirkende axiale Verlängerung
bedingt. Die Einzelfederelemente werden bevorzugt jeweils in Umfangsrichtung
des Kettenrades in einer Umfangsposition angeordnet, die der Umfangsposition
eines Zahnes entspricht. Die Einzelfederelemente werden miteinvulkanisiert.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in den 1 bis 13 dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Hierin
zeigt:
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1 Schematische Darstellung
eines ersten Kettenrades Steuerkettengetriebes eines Verbrennungsmotors,
mit radial außen
ausgebildetem Zahnkranz mit jeweils einer beiderseits des Zahnkranzes
radial innerhalb des Zahnfußkreises
ausgebildeten in axialer Richtung erstreckten Verlängerung des
Kettenrads (Kettenradschultern), die an ihrer radialen Außenseite
mit aus elastischem Material beschichteter Auflagefläche für die Kettenglieder
der Kette in Seitenansicht,
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2 Querschnittsdarstellung
längs der Schnittlinie
II-II von 1 mit einer
ersten Ausführung
der elastischen Beschichtung mit umlaufenden Festigkeitsträgern,
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3 Querschnittsdarstellung
längs der Schnittlinie
II-II von 1 mit einer
zweiten Ausführung
der elastischen Auflage- oder Laufringe oder Dämpfringe mit umlaufenden Festigkeitsträgern,
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4 Schematische Darstellung
zur Erläuterung
der Herstellung der Ausführung
von 2 oder 3
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5 Querschnittsdarstellung
eines Kettenrades mit anderer Anordnung der elastischen Beschichtung
an der axialen Verlängerung
und mit einer weiteren Ausführung
der Ausbildung der elastischen Dämpfringe
mit umlaufenden Festigkeitsträgern
aus Federdraht,
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6 Querschnittsdarstellung
eines Kettenrades mit einer weiteren Ausführung der Ausbildung der elastischen
Dämpfringe
mit umlaufenden Festigkeitsträgern
aus profiliertem Federdraht,
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7 Querschnittsdarstellung
eines Kettenrades mit einer weiteren Ausführung der Ausbildung der elastischen
Dämpfringe
mit umlaufenden Festigkeitsträgern
aus flachgedrückten
Drahtfedern,
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8 Darstellung einer flachgedrückten Drahtfeder
von 7 zur Erläuterung
der Herstellung der Ausführung
von 7,
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9 Darstellung eines flachgedrückten Federdrahts
in alternativer Ausführung,
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10 Schematische Darstellung
eines Kettenrades mit weiterer Ausführungsform der elastischen
Dämpfringe
in Seitenansicht,
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11 Querschnittsdarstellung
der Ausführung
von 10,
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12 Schematische Darstellung
eines Kettenrades mit weiterer Ausführungsform der elastischen
Dämpfringe
in Seitenansicht,
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13 Querschnittsdarstellung
der Ausführung
von 12 längs dem
Schnitt XIII-XIII.
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Die 1 und 2 zeigen ein Kettenrad 1 mit Zähnen 5 und
betriebsbereit montierter Kette 2 eines Steuerkettenbetriebes
eines Verbrennungsmotors bekannter Art. Radial innerhalb des Fußkreises
mit Durchmesser DF des Kettenrades ist das
Kettenrad 1 beidseitig der Zähne axial nach außen zu einer
Auflageschulter 6 für
die Laschen 5 der Kette verlängert. Die Auflageschulter
ist an ihrer radialen Außenseite als
zylindrische Mantelfläche
mit Durchmesser DS ausgebildet, auf welcher
eine Auflageschicht 7 aus elastomerem Material aufgebaut
ist. Die Auflageschicht 7 ist an ihrer radialen Außenseite
als zylindrische Mantelfläche
ausgebildet mit einem Durchmesser DA, wobei
für die
Durchmesser gilt: DS < DA < DF. Der
Durchmesser DA ist dabei so gewählt, dass
die Laschen 5 der Kette 2 beim Einlaufen in die
Zähne des
Kettenrades 1 in radialen Berührkontakt zur radialen Außenfläche der
Auflageschicht 7 kommen und sich auf dieser radial abstützen.
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Die
Auflageschicht 7 aus elastomerem Material ist mit Festigkeitsträgern 8 verstärkt, die
im elastomeren Material der Auflageschicht 7 eingebettet sind.
Hierzu sind ein oder mehrere fadenförmige Festigkeitsträger axial
nebeneinander in Umfangsrichtung des Kettenrades ausgerichtet und
konzentrisch um das Kettenrad gewickelt. In einer Ausführung sind dabei
mehrere derartige Festigkeitsträger 8 in
axialer Richtung des Kettenrades nebeneinander angeordnet.
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In
einer weiteren Ausführung
ist radial außerhalb
einer ersten Lage von axial nebeneinander angeordneten Festigkeitsträgern eine
weitere Lage von derartig axial nebeneinander angeordneten Festigkeitsträgern 8 in
der Auflageschicht 7 eingebettet. Dabei ist es denkbar,
weitere zusätzliche
radiale Lagen von Festigkeitsträgern
in der Auflageschicht auszubilden.
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In
einer weiteren Ausführung
sind ein oder mehrere parallele Festigkeitsträger 8 unter Einschluss
eines kleinen Winkels zwischen 0 und 10 Grad zur Umfangsrichtung
konzentrisch schraubenförmig
um die Achse des Kettenrades gewunden. Dabei ist es ebenso möglich, auf
eine derartige erste Lage von schraubenförmig gewundenen Festigkeitsträgern radial
eine oder weitere Schichten von schraubenförmig konzentrisch um die Achse
des Kettenrades konzentrisch gewundene umlaufend ausgebildete fadenförmige Festigkeitsträger einzubetten.
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In
den genannten Ausführungsformen
bilden die fadenförmigen
Festigkeitsträger
eine Verstärkung der
Auflageschicht über
deren gesamte axiale Erstreckung hinweg.
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Die
fadenförmigen
Festigkeitsträger
sind beispielsweise Multifilamente, Monofilamente, Garne oder Corde
aus Polyamid, Polyester, Polyaramid, Glasfaser, Kohlefasern oder
aus Stahl. In anderer Ausführung
sind die umlaufenden Festigkeitsträger aus Federdraht. Die einzelnen
Filamente sind mit einem runden, einem ovalen oder einem mehreckigen Querschnitt
ausgebildet.
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3 zeigt eine Ausführungsform,
bei der auf die Auflageschicht 7 aus elastomerem Material zusätzlich eine
abdeckende Schicht 9 aufgebaut ist,. Die abdeckende Schicht 9 ist
ebenfalls aus elastomerem verschleißfestem Material ausgebildet,
in welches ein sich über
die axiale Erstreckung der Schicht 9 eingebettetes Gewebe
aus Festigkeitsträgern
bekannter Art einge bettet ist. Die Festigkeitsträger sind beispielsweise Monofilamente,
Multifilamente, Garne oder Corde aus Polyamid, Polyester, Polyaramid, Glasfaser,
Kohlefaser oder aus Stahl.
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In 4 ist ein Weg zur Herstellung
der elastomeren Auflageschicht 7 schematisch dargestellt. Hierzu
wird auf eine Auflagetrommel 10 bekannter Art oder auf
einen nicht dargestellten Aufbaudorn bekannter Art kalandriertes
oder extrudiertes, bandförmiges
Kautschukmaterial zu einer über
den Umfang der Aufbautrommel 10 bzw. des Dornes erstreckten zylindrischen
Kautschuklage aufgebaut, auf welche die Lage von Festigkeitsträgern 8 aufgebaut
werden. Die Festigkeitsträger
werden mit einer weiteren zylindrischen Kautschuklage abgedeckt.
Auf diese Weise entsteht eine zylindrische Kautschuklage 11 mit
einer darin eingebetteten Lage von Festigkeitsträgern 8. Die Festigkeitsträger sind
vor Aufbau, soweit zur Haftung erforderlich, gummibeschichtet oder
in einer geeigneten Dip-Lösung – beispielsweise
einer RFL-Diplösung – getaucht.
Von der zylindrischen Kautschuklage 11 werden einzelne
Ringe 12 abgestochen, die auf die Auflageschulter 6 des
Zahnrades aufgesetzt und dort anvulkanisiert werden. Die Aufbautrommel 10 bzw.
der Aufbaudorn ist dabei mit seinem Außendurchmesser D1 dem
Außendurchmesser
DS der Auflageschulter 6 entsprechend
angepasst. Zur Herstellung einer Kautschuklage 11 mit mehreren
Lagen an Festigkeitsträgern
werden beim Aufbau auf die Aufbautrommel 10 bzw. den Aufbaudorn
entsprechend mehrere Lagen von Festigkeitsträgern aufgebaut. Es ist auch
möglich,
die Kautschuklage 11 dadurch zu erzeugen, dass eine Lage
Festigkeitsträger
in einem Kalander mit Kautschuk beschichtet wird.
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In
den 1 bis 3 ist die axiale Verlängerung 6 an
ihrer radialen Außenseite
zylindrisch ausgebildet und endet in ihrer axialen Erstreckung am
Ende der axialen Erstreckung der Auflageschicht 7.
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In 5 ist das Beispiel eines
Kettenrades 1 mit elastomerer Auflageschicht 7 mit
einer Verstärkung
aus Festigkeitsträgern 14 aus
Federdraht mit runder Querschnittskontur des Federdrahts mit eng aneinander
liegenden Windungen in einer Ausführung beispielhaft dargestellt,
bei der die Auflageschulter 6 sich axial über das
Ende der axialen Erstreckung der Auflageschicht 7 hinaus
erstreckt und axial außerhalb
der Auflageschicht auf der von den Zähnen weg weisenden axialen
Seite zu einer axialen Anlagefläche
für die
elastomere Auflageschicht 7 ausgebildet ist. Die Auflageschicht 7 erstreckt
sich in radialer Richtung jedoch mit ihrem Außendurchmesser DA weiter
nach radial außen
als die radial erhobene Anlagefläche
mit ihrem Außendurchmesser
D2. Bei dieser Ausführung bildet die Auflageschulter 6 zur
Aufnahme der elastomeren Auflageschicht 7 eine über den
Umfang des Kettenrades 1 erstreckte Aufnahmenut, in welche
die Auflageschicht 7 eingebettet ist.
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6 zeigt eine Ausführung mit
in die Auflageschicht 7 eingebetteten Festigkeitsträgern aus
Federdraht mit viereckiger Querschnittskontur des Federdrahts. Der
Federdraht ist in dieser Ausführung mit
rechteckigem oder trapezförmigem
Querschnitt ausgebildet, wobei zwei parallele gegenüberliegende Seiten
der Kontur Zylindermantelflächen
eines parallel zum Kettenrad ausgebildeten Zylinders darstellen.
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In
einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform sind die Festigkeitsträger mit
einer Richtungskomponente in Umfangsrichtung und gegebenenfalls
einer geringer Richtungskomponente in axialer Richtung des Kettenrades
erstreckt angeordnet, so dass sie in ihrer Längserstreckungsrichtung maximal
einen Winkel zwischen ihrer Erstreckungsrichtung und der Umfangsrichtung
einschließen,
der zwischen 0 und 10 Grad beträgt.
Die Festigkeitsträger sind
in dieser Ausführungsform
um ihre Erstreckungslinie schraubenlinienförmig onduliert ausgebildet.
In einer anderen Ausführungsform
sind derartige Festigkeitsträger – ebenfalls
nicht dargestellt – wellenlinienförmig ausgebildet.
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Besonders
vorteilhaft ist eine derartige schraubenlinienförmige oder wellenlinienförmige Ausbildung
bei einer Ausbildung der Festigkeitsträger als federndes Element,
beispielsweise als Drahtfeder.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist ein derartiger Festigkeitsträger
aus Federdraht als Spiralfeder ausgebildet und – wie in 8 dargestellt – flachgedrückt. Der derartig flachgedrückte Federdraht 16 ist
dann, wie in 7 dargestellt
ist, über den
Umfang des Kettenrades in Umfangsrichtung des Kettenrades erstreckt
in der Auflageschicht 7 aus elastischem Material eingebettet.
Der Federdraht bildet in dieser Form ein Federband, das in der Auflageschicht 7 wie
ein Ring konzentrisch zur Kettenradachse 1 angeordnet ist
und sich in seiner Breite, welche durch die Windungsdurchmesser
der flachgedrückten
Spiralfeder vorgegeben ist, nahezu über die gesamte axiale Breite
der Auflageschicht 7 erstreckt.
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In
einer weiteren nicht dargestellten Form ist die flachgedrückte Rundfeder
keine spiralige Rundfeder mit kreisförmigem Spiralquerschnitt, sondern
mit ovalem Querschnitt. Im flachgedrückten Zustand in der Auflageschicht 7 entsprechend
der 7 ist die größere Hauptachse
des ovalen Querschnitts in Achsrichtung des Kettenrades und die
kleinere Hauptachse in Umfangsrichtung ausgerichtet.
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9 zeigt eine weitere derartig
flachgedrückte
Feder entsprechend der Darstellung von 8, wobei die flachgedrückte Spiralfeder 17 von 9 einen viereckigen Spiralquerschnitt
aufweist.
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Die
Ausführung
der 10 und 11 zeigt eine weitere Ausführungsform,
bei der eine als Biegefeder ausgebildete Spiralfeder 18 um
einen ringförmigen Gummikern
gewunden und nach außen
mit weiterem Gummimaterial abgedeckt ist, so dass die Gummischicht 7 eine
in Gummi eingebettete spiralige Endlosfeder als Verstärkung aufweist.
Wie in 10 dargestellt
ist, ermöglicht
die Ausbildung als spiralige Biegefeder, dass in Abhängigkeit
von der auf die Auflageschicht von einer Kettenlasche 5 einwirkenden Last,
die Windungsabstände
der Spirale entgegen der elastischen Rückstellkraft der Biegefeder
verändert
werden, so dass eine elastische Dämpfung einsetzt. Gummikern
und das weitere Gummimaterial können
einen gleichen oder zur besseren Abstimmung der Dämpfung einen
unterschiedlichen elastischen E-Modul
aufweisen.
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Die 12 und 13 zeigen eine weitere Ausführungsform,
bei der die Festigkeitsträger
ebenfalls zusätzlich
zur verstärkenden
eine elastisch wirkende Dämpfung
auf die von den Laschen 5 auf die Auflageschicht 7 einwirkenden
Last ausüben.
Hierzu sind in der Ausführung
von 12 und 13 in Umfangsrichtung der
Auflageschicht 7 elastomeren Materials am Kettenrad äquidistant
verteilt einzelne Federelemente mit radialer Richtungskomponente
ihrer Federkraft eingebettet. Die Federelemente 19 sind
dabei in Umfangsrichtung jeweils so angeordnet, dass sie jeweils
der Umfangsposition der Mitte eines Zahnes entsprechen. Als Federelemente
sind, wie in 12 dargestellt,
C- oder U-förmige
Federelemente vorgesehen, deren Öffnung
nach radial innen zur Achse hin gerichtet ist. Zur Herstellung werden
die einzelnen Federelemente in die Vulkanisierform eingelegt.
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Das
elastomere Material der Auflageschicht 7 ist aus Kautschuk
vulkanisiertes Gummi oder ein gummiähnlicher Kunststoff bekannter
Art.
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- 1
- Kettenrad
- 2
- Kette
- 3
- Fußkreis
- 4
- Zahn
- 5
- Lasche
- 6
- Auflageschulter
- 7
- Auflageschicht
- 8
- Festigkeitsträger
- 9
- Deckschicht
- 10
- Aufbautrommel
- 11
- Kautschuklage
- 12
- Kautschukring
- 13
- Umfangsnut
- 14
- Festigkeitsträger
- 15
- Festigkeitsträger
- 16
- flachgedrückte Spiralfeder
- 17
- flachgedrückte Spiralfeder
- 18
- Spiralfeder
- 19
- Einzelfeder