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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridkette, welche gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 aus einer Vielzahl von Kettengliedern zusammengesetzt
ist, welche einen Grundkörper
aufweisen, der eine andere Materialzusammensetzung wie die übrigen Kettenteile
hat.
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Die
Hybridkette ist vorzugsweise als Kraftübertragungskette ausgebildet
und kann als Steuerkette in Verbrennungsmotoren und/oder als Antriebskette
für formschlüssige Zugmittelgetriebe
verwendet werden.
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Gattungsgemäße Kraftübertragungsketten werden
in einer Vielzahl von technischen Anwendungen und in unterschiedlichen
Konstruktionen und Ausführungen
eingesetzt und in der Literatur beschrieben.
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Dabei
handelt es sich um Ketten, welche in der Regel aus gleichartigen,
insbesondere aus Stahl gefertigten Kettengliedern zusammengesetzt
sind.
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Die
Kettenglieder werden meist durch Stahlbolzen, Laschen und/oder weitere
Teile starr miteinander verbunden.
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Die
Kraftzuführung
erfolgt in der Regel durch die Zahnräder der Kettentriebe formschlüssig auf
die Antriebsbolzen der Kettenmitte.
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In
Abhängigkeit
von der Beanspruchung der Kette im Dauerbetrieb, wie etwa dem integralen Krafteintrag
durch Antriebsräder
oder der Häufigkeit der
Lastwechselbeanspruchung (Drehmomentwechsel), sowie der Anzahl und
der Anordnung von Kettenrädern
zeigen sich Verschleißerscheinungen,
die zum Reißen
und damit zum Ausfall der Kette führen können.
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Für den besonders
wichtigen Anwendungsbereich der Motorsteuerung für Verbrennungsmotoren werden
neben Kraftübertragungsketten
auch Zahnriemen und Stirnräder
verwendet.
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Zahnriemen
haben dabei den Nachteil, dass sie bei hohen Umgebungstemperaturen
eine geringere Lebensdauer durch die Abnutzung deren Oberflächen und
durch Materialrisse aufweisen.
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Werden
teure Stirnräder
zur Steuerung von Verbrennungsmotoren eingesetzt, muss durch deren direkte
Kraftübertragung
untereinander mit einer nachteiligen erhöhten Geräuschentwicklung gerechnet werden.
Sie stellen daher kaum eine technisch günstige Alternative zu Steuerketten
dar, weil sehr genaue Toleranzen einzuhalten sind. Zudem wäre diese
technische Lösung
sehr kostenintensiv.
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Aber
auch auf die in Verbrennungsmotoren vorzugsweise eingesetzten Steuerketten
wirken ständig
hohe und durch schnell wechselnde Motordrehzahlen verursachte ungleichmäßige Kräfte ein.
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Dabei
führt besonders
die Stoßempfindlichkeit
der starren Kettenkonstruktionen zu Ermüdungsbrüchen an den Kettengliedern.
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Gerissene
Steuerketten oder Zahnriemen können
im ungünstigsten
Fall teure Motorfolgeschäden
und hohen Reparaturaufwand verursachen.
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Bei
bekannten Antriebsketten, die eine nur aus starr miteinander verbundenen
Kettengliedern bestehende Konstruktion aufweisen, treten Nachteile in
Form einer verminderten Stoßfestigkeit
und geringerer Lastwechselbeständigkeit
auf.
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Das
aus der
US 3,352,407 bekannte
kettenähnlich
ausgebildete Transportband zum Transport verschiedener Artikel,
betrifft zwar keine gattungsgemäße Kraftübertragungskette,
weist aber als konstruktive Besonderheit Verbindungsformteile zwischen
den Stäben
und den Laschen des Transportbandes auf, welche aus einem plastischen
Material geformt sind, also aus einem grundlegend anderen Material
wie die genannten Stäbe
und Laschen.
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Dabei
sollen für
das Verbindungsformteil feste plastische Materialien wie Nylon oder
Delrin verwendet werden.
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Delrin
wird wegen seiner guten mechanischen und thermischen Beständigkeit
oft auch als Lagerwerkstoff eingesetzt.
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Für Kraftübertragungsketten
würde die
hiernach vorgeschlagene Verwendung von festen plastischen Materialien
wegen der geringen Reiß-
und Stoßfestigkeit
oder Lastwechselbeständigkeit
jedoch kaum Verbesserungen bringen und ist ähnlich nachteilig wie die ausschließliche Verwendung
von Stahl.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vielseitig verwendbare
Kraftübertragungskette zu
schaffen, welche insbesondere auch unter häufigen Lastwechselbedingungen
und insbesondere als Steuerkette für Verbrennungsmotoren bei der
Kraftübertragung
und unter einer Ölumgebung
eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit
aufweist.
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Dabei
soll die Kette eine verbesserte Stoßfestigkeit haben und höhere wechselnde
Drehmomente aufnehmen können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Erfindungsgemäß werden
die bekannten starren Konstruktionen aus Stahlkettengliedern oder der
Einsatz von plastischen Materialien durch den Einbau von elastischen
und flexiblen Grundkörpern in
das Kettengefüge
aufgelöst.
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Im
Zusammenspiel mit einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal, wonach der Zugkrafteintrag
an den Seiten der Hybridkette erfolgt, lässt sich deren Zugverhalten
wesentlich besser dem dynamischen Krafteintrag der Kettenräder anpassen.
Die erfindungsgemäße Hybridkette
besteht also grundsätzlich
aus einer Vielzahl aus einem geeigneten elastischen Material geformten
Grundkörpern,
welche durch Antriebsbolzen und Verbindungslaschen aus Stahl miteinander
verbunden sind. Dabei können
Material und Geometrie der Grundkörper derart ausgewählt werden,
dass die Hybridkette eine dem jeweiligen Anwendungszweck entsprechende
definierte voreinstellbare Dehnbarkeit aufweist.
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Vorzugsweise
ist ein Zugfestigkeitsträger
(z. B. ein Zugstrang) in das elastische Material eingebettet. Als
Zugfestigkeitsträger
ist auch ein Armierungsgewebe, ein Geflecht oder Gespinst oder eine
Kombination der vorgenannten Arten denkbar.
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Weiterhin
umschließt
das elastische Material des Grundkörpers zwei Lagerhülsen aus
Stahl zur Aufnahme der Antriebsbolzen der Kette.
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Dadurch
wird eine gleichmäßige Kraftübertragung
zwischen Antriebsbolzen und dem Grundkörper des Kettenglieds erreicht.
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Die
erfindungsgemäße Dehnbarkeit
der Hybridkette wird also immer zwischen den beiden Lagerhülsen des
Grundkörpers
herbeigeführt,
so dass sich die Dehnbarkeit der Gesamtkette durch den Wechsel eines
starren Kettengliedabschnitts mit einem elastischen Kettengliedabschnitt
ergibt.
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Erfindungsgemäß weisen
die Antriebsbolzen im Einbauzustand bestimmte Überstände an den Seiten des Grundkörpers auf,
die für
den formschlüssigen
Eingriff des Kettenantriebs an den Außenseiten der Kette vorgesehen
sind.
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Zur
Verbesserung der Kettenführung
und zur Fixierung der Hybridkettenglieder werden Buchsen auf die Überstände der
Antriebsbolzen aufgebracht, die formschlüssig in den Zahnantrieb eingreifen.
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Die
Buchsen können
mit einem geräuschreduzierenden
Werkstoff beschichtet sein. Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines Ausführungsbeispiels
und der beigefügten
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt
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1 ein
erfindungsgemäßes Hybridkettenglied
im montierten Zustand,
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2 ein
Hybridkettenglied zerlegt,
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3 eine
Schnittdarstellung eines Grundkörpers
des Hybridkettengliedes,
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4 einen
Querschnitt durch den Grundkörper
in 3 gemäß Linie
IV-IV,
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5 die
erfindungsgemäße Hybridkette
mit einer Vielzahl von Kettengliedern,
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6 ein
montiertes Doppelkettenglied einer Hybridkette,
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7 ein
zerlegtes Doppelkettenglied,
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8 eine
Doppelkette, bestehend aus erfindungsgemäßen Hybridkettengliedern.
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Gemäß den 1 und 2 betrifft
die Erfindung eine Hybridkette, welche vorzugsweise als Kraftübertragungskette
für moderne
Verbrennungsmotoren Verwendung findet und die Kraftübertragung zu
den einzelnen Komponenten der Motorsteuerung oder auch der Ölpumpe ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Hybridkette
besteht aus einer Vielzahl von Kettengliedern 1, deren
elastische Grundkörper 4 durch
herkömmliche
Verbindungslaschen 3 und Antriebsbolzen 2 zusammengefügt sind.
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Dabei
besteht der elastische Grundkörper 4 aus
einem Grundträger 7,
der durch einen elastomeren Werkstoff, wie Polyurethan, hydriertem-Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (HNBR)
oder Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK) oder Mischungen der genannten
Stoffe gebildet werden kann.
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In
den Grundträger 7 ist
ein Zugfestigkeitsträger,
z. B. wendelförmiger
gespulter Zugstrang 8 eingebracht. Dieser kann ein Cordfaden
aus Aramid, Polyester, Glas, Stahl oder Carbon sein.
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Der
Zugfestigkeitsträger 8 liefert
einen wesentlichen Beitrag zur Zugfestigkeit der gesamten Hybridkette.
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In
die beiden Öffnungen 5 des
Grundkörpers 4 sind
zwei Stahlhülsen
eingebettet und dienen als Lagerhülsen 6 zur Aufnahme
der Antriebsbolzen 2 (2.) Die
Antriebsbolzen 2 weisen einen Überstand 10 an den
Seiten des Grundkörpers 4 auf,
der zur Aufnahme der mit zwei entsprechenden Bohrungen versehenen
Verbindungslaschen 3 und zum Krafteintrag eines Zahnantriebs
in die Kette vorgesehen ist.
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Auf
die Überstände 10 werden
Buchsen 11 aufgeformt, was zu einem verbesserten formschlüssigen Eingriff
der Antriebsbolzen in die entsprechenden Zahnräder des Zahnantriebs führt und
die Fixierung der Kettenglieder sicherstellt.
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Dabei
sind die Abmessungen der Überstände 10 und/oder
der Buchsen 11 entsprechend den Zahnantrieben der Motorsteuerung
angepasst.
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Der
Eingriff der Zahnantriebsräder
in die Mitte der Hybridkette, wie bei den vorbekannten Stahlketten,
ist hier erfindungsgemäß nicht
mehr notwendig.
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Mehrere
Kettenglieder 1 werden zu einer Kraftübertragungskette konstanter
Teilung zusammengesetzt, deren Länge
dem jeweiligen Motortyp und Einsatzzweck angepasst ist (5.)
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Durch
das zusätzliche
Aufbringen einer Ummantelung 9 (Abdeckgewebe) auf die Oberfläche des Grundkörpers 4 lassen
sich die Gleiteigenschaften der erfindungsgemäßen Hybridkette weiter verbessern.
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Bei
geeigneter Werkstoffauswahl lässt
sich auch ein Trockenlauf der Kette realisieren.
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Der
Einbau der elastischen Grundkörper 4 in die
Hybridkette ermöglicht
gegenüber
herkömmlichen
unelastischen starren Ketten einen besseren Abbau von Spitzenbelastungen.
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Dies
ist besonders in der Motorsteuerung mit ihren hohen Drehmomenten
der Fall, da die elastischen Glieder als Dämpfungspuffer zwischen den starren
Abschnitten der Hybridkette wirken.
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Da
die Kurvenumlenkung der Hybridkette über die Antriebsbolzen 2 und
Buchsen 11 erfolgt, ist der Zugfestigkeitsträger 8 im
Grundkörper 4 keiner Biegewechselermüdung ausgesetzt.
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Im
Vergleich zu den bekannten Zahnriemen bleibt dadurch eine wesentlich
höhere
Reißfestigkeit in
der Kette erhalten.
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Gemäß den 6, 7 und 8 lässt sich
aus der in 5 dargestellten Einzelkette
auch eine Doppel- oder Mehrfachkette 12 kombinieren.
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Dazu
werden entsprechend verlängerte
Antriebsbolzen 3 durch die Lagerhülsen 6 von zwei nebeneinander
liegenden Grundkörpern 4 gesteckt
und mittels Buchsen 11 fixiert.
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Die
Verkettung erfolgt bei der Mehrfachkette ebenfalls mit den bekannten
Verbindungslaschen, worauf auch hier ein alternativer Wechsel zwischen starrem
und elastischem Kettengliedabschnitt erfolgt.
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Ein
besonderer Vorteil von Mehrfachketten besteht in der besseren Verteilung
der Krafteinleitung durch die Kettentriebe.
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Der
für die
Erfindung besonders bedeutsame Grundkörper 4 kann auf folgende
Weise hergestellt werden:
Zuerst werden die Lagerhülsen 6 in
eine Werkzeugmatrize eingesetzt.
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Danach
werden der Zugfestigkeitsträger 8 über die
Lagerhülsen 6 gespult
oder, falls ein Gewebe dafür
gewählt
wird, um die Hülse
gelegt.
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Nun
wird der elastomere Werkstoff eingespritzt oder eingepresst, geformt
und ausgehärtet bzw.
ausvulkanisiert.
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Der
Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Hybridkette soll dabei
nicht auf das Gebiet der Kraftübertragungsketten
für Verbrennungsmotoren
beschränkt
sein. Deren Einsatz ist auch für
alle Zugmittelgetriebe grundsätzlich
denkbar.
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- 1
- Hybridkettenglied
mit Antriebsbolzen und Verbindungslaschen
- 2
- Antriebsbolzen
- 3
- Verbindungslaschen
- 4
- Grundkörper aus
elastischem Material
- 5
- Öffnungen
im Grundkörper
zur Aufnahme der Antriebsbolzen
- 6
- Lagerhülsen in
den Öffnungen
des Grundkörpers
- 7
- Grundträger aus
Polymer
- 8
- Zugfestigkeitsträger
- 9
- Ummantelung
(z. B. Abdeckgewebe)
- 10
- Überstand
des Antriebsbolzens
- 11
- Buchse
für Überstand
des Antriebsbolzens
- 12
- Doppelkette