DE112010000786T5

DE112010000786T5 - Kettenrad mit Zufallsauswahl und Verfahren zur Herstellung eines Kettenrades

Info

Publication number: DE112010000786T5
Application number: DE112010000786T
Authority: DE
Inventors: Lucian Botez
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: CATENSYS US INC., WILMINGTON, US
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-02-06
Also published as: WO2010089367A1; DE112010000786B4; CN102308123A; US8328671B2; KR101649772B1; US20100203992A1; CN102308123B; US20120317812A1; US8435145B2; KR20110126108A

Abstract

Die Erfindung stellt ein Kettentriebsystem bereit, das eine Kette mit einer konstanten Teilung und ein Kettenrad verwendet, wobei einige der benachbarten Zahnlücken verschiedene radiale Zahnlückenpositionen haben. Dadurch wird eine Konstruktion mit reduzierten Geräuschen und Schwingungen gebildet. Bei einer eine Rollenkette verwendenden Ausführungsform wird durch Ändern der radialen Fußpositionen einiger der benachbarten Füße das Zeitintervall zwischen Kontakt der Rolle und des Kettenrads geändert und somit das gleichförmige Muster unterbrochen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Kettentriebe und insbesondere ein Kettenrad mit reduzierten Geräuschen und Schwingungen.
Hintergrund der Erfindung
Brennkraftmaschinen verwenden Steuerkettenantriebssysteme, die eine Kette und Kettenräder umfassen. Im Stand der Technik bekannte beispielhafte Kettenkonfigurationen enthalten; Zahnketten (IT-Ketten, IT – inverted teeth), Buchsenketten und Rollenketten. Aufgrund des Aufpralls der Kette auf dem Kettenrad beim Eingriff erzeugt die Kette Schwingungen und Geräusche. Aufgrund der gleichförmigen Verteilung der Kettenradzähne entlang dem Kettenradumfang treten Schwingungen und Geräusche bei einer Grundeingriffsfrequenz auf, und diese Frequenz liegt in Vielfachen positiver Ganzzahlen vor. Die Grundeingriffsfrequenz für eine Einzelschleifensteuerkette in Hertz wird durch die Formel: v = (n_engine/60) × Z_crank gegeben, wobei n_engine die Winkelgeschwindigkeit des Motors (Motor = engine) in U/min und Z_crank die Zähnezahl des Kurbelwellenrads (Kurbelwellenrad = crankshaft) ist.
Herkömmlicherweise wird zur Reduzierung von Geräuschen und Schwingungen die gleichförmige Zähneverteilung der Kettenradzähne um den Kettenradumfang geändert, und somit sind die Zeitintervalle zwischen zwei aufeinander folgenden Aufprallen ungleich. Dies unterbricht das gleichförmige Muster, und somit werden Geräusche und Schwingungen um ein breiteres Frequenzspektrum verteilt, während die Amplitude der Eingriffsreihenfolge verringert und letztendlich durch den Motorlärm, der von einer anderen Quelle als dem Ketteneingriff erzeugt wird, bedeckt wird. Es wird eine Dämpfung der unangenehmen reinen Eingriffstöne erwartet, aber nicht zwangsweise eine Reduzierung des Gesamtgeräusch- und -schwingungspegels.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Kettentriebsystem bereit, das eine Kette mit einer konstanten Teilung und ein Kettenrad verwendet, wobei einige der benachbarten Zahnlücken verschiedene radiale Zahnlückenpositionen haben. Dadurch wird eine Konstruktion mit reduzierten Geräuschen und Schwingungen gebildet. Bei einer eine Rollenkette verwendenden Ausführungsform wird durch Ändern der radialen Fußpositionen einiger der benachbarten Füße das Zeitintervall zwischen Kontakt der Rolle und des Kettenrads geändert und somit das gleichförmige Muster unterbrochen.
Insbesondere wird ein Satz von vier aufeinander folgenden Füßen eingesetzt, wobei die mittleren beiden Füße andere radiale Fußpositionen haben als die anderen beiden Füße. Vorzugsweise weisen die vier aufeinander folgenden Füße mindestens zwei verschiedene Verbindungswinkel auf.
Ein Verfahren zur Herstellung des Kettenrads umfasst Bilden eines durch den Teilkreishalbmesser des Kettenrads definierten Kreises; Bilden eines Polygons mit Seiten, die gleich der Kettenteilung in dem Kreis sind; und dann Ändern der Form des Polygons unter Beibehaltung der Länge der Seiten des Polygons, um verschiedene Verbindungswinkel zu erhalten.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Kettenrads umfasst Bilden eines Trapezes mit einer Basis, deren Länge gleich dem Abstand zwischen einer Mitte eines Stifts in einer ersten Zahnlücke und einer Mitte eines Stifts in einer vierten Zahnlücke eines Satzes von vier aufeinander folgenden Zahnlücken ist, wobei die Oberseite und die Schenkel des Trapezes eine Länge aufweisen, die gleich der Zahnteilung ist; Ändern der Form des Trapezes unter Beibehaltung der Länge der Seiten des Trapezes; und Bestimmen einer radialen Zahnlückenposition für jede Zahnlücke des Satzes von vier aufeinander folgenden Zahnlücken auf Grundlage des Zuordnens jedes Scheitels des geänderten Trapezes als die Mitte eines in einer der Zahnlücken des Satzes von vier aufeinander folgenden Zahnlücken positionierten Stifts.
Allgemein enthält der Kettentrieb der Erfindung: eine Kette mit durch Verbindungsglieder miteinander verbundenen Stiften, wobei jeder der Stifte eine mittlere Achse und eine Kettenteilung aufweist, die als ein Abstand zwischen der mittleren Achse benachbarter Stifte definiert ist, wobei die Kettenteilung konstant ist. Die Kettenkonfiguration enthält Rollenketten, Buchsenketten und Zahnketten (IT-Ketten), ist aber nicht darauf beschränkt. Ein Kettenrad mit Zähnen und Zahnlücken ist um den Umfang des Kettenrads beabstandet, wobei jede der Zahnlücken zwischen benachbarten Zähnen positioniert ist, um eine(n) der Rollen, Buchsen oder Verbindungsgliedzähne aufzunehmen. Jede der Zahnlücken weist eine radiale Zahnlückenposition auf, die als ein Abstand zwischen der Mitte des Kettenrads und einem zur Kettenstiftmitte eines vollständig angeordneten Kettenglieds in einer Radialrichtung hin positionierten Punkts definiert ist. Mindestens ein Satz von vier aufeinander folgenden Zahnlücken ist als eine erste Zahnlücke, eine zweite Zahnlücke, eine dritte Zahnlücke und eine vierte Zahnlücke definiert. Die erste Zahnlücke und die vierte Zahnlücke weisen die gleiche radiale Zahnlückenposition auf, und die zweite Zahnlücke und die Zahnlückenwurzel weisen eine voneinander und von der ersten und der vierten Wurzel verschiedene radiale Zahnlückenposition auf.
Bei einer Ausführungsform weist der Satz von vier aufeinander folgenden Zahnlücken zwei verschiedene Verbindungswinkel auf, einen ersten Verbindungswinkel, der durch einen Winkel zwischen einer Mittellinie eines ersten Verbindungsglieds und einer Mittellinie eines zweiten Verbindungsglieds definiert wird, und einen zweiten Verbindungswinkel, der als ein Winkel zwischen der Mittellinie des zweiten Verbindungsglieds und der Mittellinie eines dritten Verbindungsglieds definiert wird. Die Mittellinie des ersten Verbindungsglieds wird durch die mittlere Achse eines Stifts in der ersten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der zweiten Zahnlücke definiert. Die Mittellinie des zweiten Verbindungsglieds wird durch die mittlere Achse eines Stifts in der zweiten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der dritten Zahnlücke definiert. Die Mittellinie des dritten Verbindungsglieds wird durch die mittlere Achse eines Stifts in der dritten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der vierten Zahnlücke definiert.
Ein Verfahren der Erfindung zur Herstellung eines Kettenrads mit reduzierten Geräuschen und Schwingungen für einen Kettentrieb umfasst allgemein: Wählen einer gleichförmigen Kette mit durch Verbindungsglieder miteinander verbundenen Stiften, wobei jeder der Stifte eine mittlere Achse und eine Kettenteilung aufweist, die als ein Abstand zwischen der mittleren Achse benachbarter Stifte definiert wird, wobei die Kettenteilung konstant ist. Als Nächstes wird ein gleichförmiges Kettenrad ausgewählt, das mehrere gleichförmige Zähne und gleichförmige Zahnlücken aufweist, die um den Umfang des Kettenrads beabstandet sind, wobei eine jeder der gleichförmigen Zahnlücken zwischen benachbarten gleichförmigen Zähnen positioniert wird. Jede der gleichförmigen Zahnlücken weist eine radiale Zahnlückenposition auf, die als ein Abstand zwischen der Mitte des gleichförmigen Kettenrads und einem in der Kettenstiftmitte eines vollständig angeordneten Verbindungsglieds in einer Radialrichtung positionierten Punkt definiert ist, wobei jede gleichförmige Zahnlücke die gleiche radiale Zahnlückenposition aufweist. Ein Teilkreis mit einem Radius, der als ein Abstand zwischen der Mitte des gleichförmigen Kettenrads und der mittleren Achse eines Stifts definiert ist, wird in einer der gleichförmigen Zahnlücken gezeichnet. Ein gleichförmiges Kettenradpolygon wird in dem Teilkreis positioniert, wobei jeder Scheitel des Polygons den Teilkreis berührt und jede Seite des Polygons gleich der Kettenteilung ist. Ein erstes Zufallskettenradpolygon wird durch Ändern der Scheitel zwischen den Seiten des gleichförmigen Polygons unter Beibehaltung der Länge jeder Seite gebildet. Es wird ein erster Scheitelwinkel in einem Scheitel des ersten Zufallspolygons bestimmt und ein erster Zusatzwinkel des ersten Scheitelwinkels. Ein zweites Zufallskettenradpolygon wird gebildet, das sich von dem ersten Zufallspolygon unterscheidet, indem die Scheitel zwischen den Seiten des gleichförmigen Polygons unter Beibehaltung der Länge jeder Seite geändert werden. Als Nächstes wird ein zweiter Scheitelwinkel in einem Scheitel des zweiten Zufallspolygons bestimmt und ein zweiter Zusatzwinkel des zweiten Scheitelwinkels. Es wird ein Zufallskettenrad mit willkürlichen Zähnen und willkürlichen Zahnlücken um den Umfang des Zufallskettenrads hergestellt. Eine jeder der willkürlichen Zahnlücken ist zwischen benachbarten willkürlichen Zähnen positioniert. Jede der willkürlichen Zahnlücken weist eine radiale Zahnlückenposition auf, die als ein Abstand zwischen der Mitte des Zufallskettenrads und einem in der Kettenstiftmitte eines vollständig angeordneten Verbindungsglieds in einer Radialrichtung positionierten Punkt definiert ist. Mindestens ein Satz von vier aufeinander folgenden willkürlichen Zahnlücken ist als eine erste Zahnlücke, eine zweite Zahnlücke, eine dritte Zahnlücke und eine vierte Zahnlücke definiert.
Die erste Zahnlücke und die vierte Zahnlücke weisen die gleiche radiale Zahnlückenposition auf, und die zweite Zahnlücke und die dritte Zahnlücke weisen eine voneinander und von der ersten und der vierten Zahnlücke verschiedene radiale Zahnlückenposition auf. Der Satz von vier aufeinander folgenden willkürlichen Zahnlücken weist zwei verschiedene Verbindungswinkel auf. Ein erster Verbindungswinkel wird durch einen Winkel zwischen einer Mittellinie eines ersten Verbindungsglieds und einer Mittellinie eines zweiten Verbindungsglieds definiert, und der zweite Verbindungswinkel wird als ein Winkel zwischen der Mittellinie des zweiten Verbindungsglieds und der Mittellinie eines dritten Verbindungsglieds definiert. Die Mittellinie des ersten Verbindungsglieds wird durch die mittlere Achse eines Stifts in der ersten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der zweiten Zahnlücke definiert. Die Mittellinie des zweiten Verbindungsglieds wird durch die mittlere Achse eines Stifts in der zweiten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der dritten Zahnlücke definiert. Die Mittellinie des dritten Verbindungsglieds wird durch die mittlere Achse eines Stifts in der dritten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der vierten Zahnlücke definiert. Einer der beiden verschiedenen Verbindungswinkel ist gleich dem ersten Zusatzwinkel, und der zweite der beiden verschiedenen Verbindungswinkel ist gleich dem zweiten Zusatzwinkel.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Kettenrads umfasst: Wählen einer gleichförmigen Kette mit durch Verbindungsglieder miteinander verbundenen Stiften, wobei jeder der Stifte eine mittlere Achse und eine Kettenteilung aufweist, die als ein Abstand zwischen der mittleren Achse benachbarter Stifte definiert wird, wobei die Kettenteilung konstant ist. Es wird ein gleichförmiges Kettenrad ausgewählt, das mehrere gleichförmige Zähne und gleichförmige Zahnlücken aufweist, die um den Umfang des Kettenrads beabstandet sind. Eine jeder der gleichförmigen Zahnlücken wird zwischen benachbarten gleichförmigen Zähnen positioniert. Jede der gleichförmigen Zahnlücken weist eine radiale Zahnlückenposition auf, die als ein Abstand zwischen der Mitte des gleichförmigen Kettenrads und einem in der Kettenstiftmitte eines vollständig angeordneten Verbindungsglieds in einer Radialrichtung positionierten Punkt definiert ist, wobei jede gleichförmige Zahnlücke die gleiche radiale Zahnlückenposition aufweist. Es wird ein gleichförmiges Trapez mit einer Basis, deren Länge gleich dem Abstand zwischen einer Mitte eines Stifts in einer ersten Zahnlücke und der Mitte eines Stifts in einer vierten gleichförmigen Zahnlücke eines Satzes von vier aufeinander folgenden gleichförmigen Zahnlücken des gleichförmigen Kettenrads ist, gebildet. Die Oberseite und die Schenkel des gleichförmigen Trapezes weisen eine Länge auf, die gleich der Länge der Zahnteilung ist. Es wird ein Viereck durch Bewegen der Scheitel des gleichförmigen Trapezes unter Beibehaltung der Länge jeder Seite gebildet. Es wird ein Zufallskettenrad hergestellt, das mindestens einen Satz von vier aufeinander folgenden willkürlichen Zahnlücken aufweist, indem jeder Scheitel des Vierecks einer Mitte eines von vier aufeinander folgenden Stiften in der gleichförmigen Kette zugeordnet wird und die vier aufeinander folgenden Stifte in den vier aufeinander folgenden willkürlichen Zahnlücken positioniert werden.
Vorzugsweise werden die beiden Scheitel des Trapezes, die die Enden der Basis bilden, nicht bewegt, während die beiden Scheitel, die die Enden der Oberseite des Trapezes bilden, bewegt werden.
Bei einer anderen Ausführungsform weist das Kettenrad der vorliegenden Erfindung einen Satz von vier aufeinander folgenden willkürlichen Zahnlücken auf, wobei eine radiale Position der ersten Zahnlücke und eine radiale Position der vierten Zahnlücke die gleichen Maße aufweisen, wobei die radiale Position der zweiten Zahnlücke kleiner ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke und die radiale Position der dritten Zahnlücke größer ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke. Als Alternative dazu sind die radialen Positionen der ersten und der vierten Zahnlücke gleich, während die radiale Position der zweiten Zahnlücke größer ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke und die radiale Position der dritten Zahnlücke kleiner ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke.
Das Kettenrad der vorliegenden Erfindung kann auch mehr als einen Satz der vier aufeinander folgenden willkürlichen Zahnlücken haben.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden bei Bezugnahme auf eine oder mehrere der folgenden Zeichnungen besser verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Kettentriebanordnung, die eine im Stand der Technik bekannte beispielhafte Rollenkette enthält.
2 zeigt ausführlicher das Kettenrad der vorliegenden Erfindung für Rollen- und Buchsenketten;
2 zeigt ausführlicher das Kettenrad der vorliegenden Erfindung für IT-Ketten;
3 zeigt das gleichförmige und Zufallspolygon zur Konstruktion des Kettenrads der Erfindung;
4 zeigt das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Kettenrads unter Verwendung eines Trapezes;
5 zeigt ein Kettenrad mit mehreren ungleichförmigen Zahnlückenmustern für Rollen- und Buchsenketten; und
5 zeigt ein Kettenrad mit mehreren ungleichförmigen Zahnlückenmustern für IT-Ketten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Rollenkettenantriebssystem 10, das in Richtung von Pfeil 11 gedreht wird. Das Rollenkettenantriebssystem 10 weist ein Antriebskettenrad 12, ein angetriebenes Kettenrad 14 und eine Rollenkette 16, die die beiden Kettenräder miteinander verbindet, auf.
Jedes Kettenrad 12 und 14 weist Kettenradzähne 18 auf, die um den Umfang des Kettenrads positioniert sind. Zwischen jedem der Kettenradzähne 18 befindet sich eine Zahnlücke 20. Jede Zahnlücke 20 weist eine radiale Zahnlückenposition 22 auf, die von der Mitte 24 des Kettenrads zum Punkt 26 auf der Zahnlücke, der der Mitte 24 am nächsten ist, gemessen wird. Dieser Punkt 26 kann herkömmlicherweise als das untere Ende der Zahnlücke 20 definiert werden. Der Teilkreishalbmesser 28 ist als der Abstand zwischen der Mitte 24 des Kettenrads und der Mitte 38 jeder in der Zahnlücke 20 positionierten Rolle 36 der Kette 16 definiert.
Die Kette 16 weist innere Verbindungsglieder 30 und äußere Verbindungsglieder 32 auf, die die Rollen 36 miteinander verbinden. Die Verbindungsglieder sind durch Buchsen oder Stifte 34 miteinander verbunden. Die Rollen 36 sind zwischen den Verbindungsgliedern positioniert und sind frei drehbar. Jede Rolle 36 weist eine Drehmitte 38 auf, um die sie sich dreht. Die Kettenteilung 40 ist eine Abmessung zwischen der Mitte 38 benachbarter Rollen 36. Bei der vorliegenden Erfindung weist die Kette 16 eine gleichförmige oder konstante Kettenteilung auf.
Mit anderen Worten, der Abstand zwischen der Mitte 38 benachbarter Rollen 36 ist an der Kette 16 konstant.
Auf 2 Bezug nehmend, zeigt 2 die vier aufeinander folgenden Zahnlücken, die verschiedene radiale Zahnlückenpositionen und verschiedene Verbindungswinkel haben. Insbesondere befindet sich die erste Zahnlücke 20A neben einer zweiten Zahnlücke 20B, die sich wiederum neben einer dritten Zahnlücke 20C befindet, die sich wiederum neben einer vierten Zahnlücke 20D befindet. Jede Zahnlücke 20A, 20B, 20C und 20D hat eine jeweilige radiale Zahnlückenposition, die mit 22A, 22B, 22C und 22D bezeichnet wird. In jeder Zahnlücke ist eine jeweilige Rolle positioniert, die mit 36A, 36B, 36C und 36D bezeichnet wird. Jede Rolle weist eine jeweilige Mitte auf, die mit 38A, 38B, 38C und 38D bezeichnet wird.
Die Verbindungswinkel für die vier aufeinander folgenden Zahnlücken 20A, 20B, 20C und 20D werden durch die erste Mittellinie 50, die zweite Mittellinie 52 und die dritte Mittellinie 54 definiert. Die erste Mittellinie 50 wird durch die Mitte 38A der Rolle 36A und die Mitte 38B der Rolle 36B definiert. Die zweite Mittellinie 52 wird durch die Mitte 38B der Rolle 36B und die Mitte 38C der Rolle 36C definiert. Die dritte Mittellinie 54 wird durch die Mitte 38C der Rolle 36C und die Mitte 38D der Rolle 36D definiert.
Zwei verschiedene Verbindungswinkel zwischen dem Satz von vier aufeinander folgenden Füßen werden durch den Bogen 56 und den Winkel α1 und den Bogen 58 und den Winkel α2 definiert. Wie zu sehen, unterscheidet sich der Verbindungswinkel 56 von dem Verbindungswinkel 58.
Weiterhin ist zu sehen, dass die radiale Zahnlückenposition 22A und radiale Zahnlückenposition 22D gleich sind, während die radiale Zahnlückenposition 22B kleiner ist als die radiale Zahnlückenposition 22A und 22D. Die radiale Zahnlückenposition 22C ist größer als die radialen Zahnlückenpositionen 22A, 22B und 22D.
Somit weist ein gemäß 2 hergestelltes Kettenrad Rollen 36 auf, die jeweilige Zahnlücken 20 mit verschiedenen Zeitintervallen treffen, wodurch die Geräusche und Schwingungen unterbrochen werden.
2' zeigt das Kettenrad für eine IT-Kette. Die Stifte 39 ersetzen die Rollen 36 von 2. Ansonsten gilt das grundlegende Konzept von 2 auch für 2'.
Auf 3 Bezug nehmend, zeigt 3 ein Verfahren zur Bestimmung der verschiedenen Verbindungswinkel zur Verwendung für den Satz von vier aufeinander folgenden Zahnlücken. Der Teilkreis 60 weist einen Radius 28 auf, der gleich dem Teilkreis eines gewünschten Kettenrads ist. In dem Teilkreis 60 ist ein gleichförmiges Kettenradpolygon 62 gezeichnet, bei dem jede Seite die gleiche Länge wie die Kettenteilung 40 hat. Das gleichförmige Kettenradpolygon 62 weist einen Scheitelwinkel 66 und einen Zusatzwinkel 68 auf. Der Zusatzwinkel 68 ist gleich dem Verbindungswinkel, und der Verbindungswinkel dieses gleichförmigen Kettenrads weist gleichförmige radiale Zahnlückenpositionen 22 auf.
Zum Erzielen von willkürlichen radialen Fußpositionen zur Konstruktion des erfindungsgemäßen Kettenrads wird das gleichförmige Kettenradpolygon verschoben, um ein Zufallskettenradpolygon 64 zu erhalten. Das Zufallskettenradpolygon 64 hat die gleichen Seitenwände wie das gleichförmige Kettenrad 62, das heißt jede Seite des Zufallskettenrads 64 weist eine Länge auf, die gleich der Kettenteilung 40 ist. Zur Bestimmung der Verbindungswinkel für das Zufallskettenrad wird aus dem Scheitelwinkel 70 des Zufallspolygons 64 der willkürliche Zusatzwinkel 72 bestimmt. Durch zweimaliges Ändern des gleichförmigen Kettenradpolygons 62 auf verschiedene Weise können zwei verschiedene Verbindungswinkel erhalten werden, und diese Verbindungswinkel können dann zum Bilden der Verbindungswinkel 56 und 58 von 2 verwendet werden.
Es versteht sich, dass bei Ändern des Polygons zur Bildung des Zufallspolygons 64 das Kettenrad ordnungsgemäß konstruiert sein muss, so dass Rollen vollständig in jedem Fuß angeordnet sind und dass die Ränder gleiche Längen aufweisen und die Länge gleich der Kettenteilung ist, um eine Kette mit konstanter Kettenteilung zu verwenden. Indem gewährleistet wird, dass dies erfüllt wird, kann ein ordnungsgemäßer Ketteneingriff während der vollen Kettenradumdrehung erreicht werden.
4 zeigt das bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines Zufallskettenrads. 4 zeigt einen Teil eines Kettenrads mit Zähnen 74 und vier aufeinander folgenden Füßen 76A, 76B, 76C und 76D. Für ein gleichförmiges Kettenrad wird die Drehmitte 78A00, 78A01, 78A02 und 78A03 für jede Rolle gezeigt. Ein gleichförmiges Trapez weist die Scheitel 78A00, 78A01, 78A02 und 78A03 mit der Basis 78A00–78A03, der Oberseite 78A01–78A02 und den Seiten oder Schenkeln 78A00–78A01 und 78A02–78A03 auf. Die Basis 78A00–78A03 ist parallel zur Oberseite 78A01–78A02 _, Zur Bildung eines Satzes von vier aufeinander folgenden Zahnlücken mit ungleichförmigen Zahnlücken und eines Kettenrads mit ungleichförmigen Zahnlücken wird der Scheitel 78A01 zu 78A1 bewegt und der Scheitel 78A02 zu 78A2 bewegt. Die Scheitel 78A00 und 78A03 bleiben festgelegt. Somit wird ein Viereck gebildet und mit 78A0, 78A1, 78A2 und 78A3 bezeichnet. Die Scheitel des Vierecks 78A0, 78A1, 78A2 und 78A3 definieren die neue Drehmitte für die Rollen in den Zahnlücken 76A, 76B, 76C und 76D. Da die Rollen die gleichen Durchmesser aufweisen, ändert sich die radiale Zahnlückenposition für die Zahnlücken 76B und 76C, um den neuen Mitten 78A1 und 78A2 Rechnung zu tragen.
Bei Bildung des Vierecks wird die Länge der Oberseite, der Basis und der Seiten des Trapezes beibehalten, nur der Winkel an den Scheiteln wird geändert.
Mathematisch kann das in 4 dargestellte ungleichförmige Muster von Rollen so bestimmt werden, dass die folgenden Gleichungen erfüllt werden: α₀ = 360°/z α₀ ist der in 4 gezeigte Winkel,
z ist die Zähnezahl am Kettenrad, 0,5° ≤ δ ≤ 5°, δ = der Abweichungswinkel des Schenkels, wie in 4 gezeigt. β₁ = α₀ – δ, β₁ = der in 4 gezeigte Winkel,
5 zeigt ein ungleichförmiges Kettenrad 80 mit Rollen 82 und mehrere ungleichförmige Muster, die als Muster 1, 2 und 3 bezeichnet werden und an verschiedenen Stellen um den Umfang des Kettenrads 80 mehrmals wiederholt werden. Jedes Muster ist verschieden, wobei die ungleichförmigen radialen Zahnlückenpositionen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden. Das x markiert die Rollenmitten, die nicht gleichförmig sind und von dem Teilkreis 84 entfernt sind. Die mit einem durchgezogenen Kreis markierten Mitten sind Rollen 82 mit Drehmitten auf dem Teilkreis 84. Es werden gleichförmige Muster gezeigt, wo die Rollen 82 eine Drehmitte auf dem Teilkreis 84 aufweisen.
Vorzugsweise sind die Muster 1, 2 und 3 verschiedenen, jedoch können sie auch gleich sein.
5' zeigt ein Kettenrad einer IT-Kette mit mehreren ungleichförmigen Zahnlückenmustern. Bei dieser Ausführungsform wird auch ein gleichförmiges Zahnmuster vorgesehen, ist aber nicht zwingend erforderlich. Die Mitten der Zahnstifte sind mit einem ”x” markiert. Die Muster werden auf Grundlage der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Verfahren bestimmt.
Es versteht sich, dass eine unendliche Anzahl von Zufallskettenradkonfigurationen durch Verwendung der Verfahren der vorliegenden Erfindung aufgrund der erhaltenen ungleichförmigen Aufprallintervalle erzeugt werden kann. Die harmonische Eingriffsgrundschwingungskomponente ist niedriger als das gleichförmige Kettenrad.
Die in 2 gezeigte Ausführungsform ist insofern eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, als die erste und die letzte Zahnlücke auf einer gleichförmigen oder gleichen Zahnlückenposition belassen wurden, während die zweite Zahnlücke weiter weg von der gleichförmigen Position bewegt ist, so dass sie einer vollständig angeordneten Kettenrolle entspricht, die sich entlang einem Bogen bewegt, der einen Radius aufweist, der gleich der Kettenteilung ist und auf der Mitte der in der ersten Zahnlücke vollständig angeordneten Kettenrolle zentriert ist, während die dritte Zahnlücke demgemäß weiter bewegt ist, um einen gleichförmigen linearen Abstand zwischen der entsprechenden vollständig angeordneten Kettenrolle aufrechtzuerhalten.
Ein auch als Trapezoid bekanntes Trapez ist ein Viereck mit zwei parallelen Seiten unterschiedlicher Länge. Die längere der beiden parallelen Seiten ist die Basis und die kürzere der beiden parallelen Seiten ist die Oberseite. Es versteht sich, dass das Trapez bei dem gleichförmigen Kettenrad ein gleichschenkliges Trapez ist.
Die Figuren wurden nur der Veranschaulichung halber ausgewählt und sollen die hier beanspruchte Erfindung nicht einschränken.
Bezugszeichenliste

10: Kettenrollenantriebssystem
11: Pfeilrichtung
12: Antriebskettenrad
14: angetriebenes Kettenrad
16: Rollenkette
18: Kettenradzähne
20: Zahnlücken
20A: erste Zahnlücke
20B: zweite Zahnlücke
20C: dritte Zahnlücke
20D: vierte Zahnlücke
22: radiale Zahnlückenposition
22A: radiale Position der ersten Zahnlücke
22B: radiale Position der zweiten Zahnlücke
22C: radiale Position der dritten Zahnlücke
22D: radiale Position der vierten Zahnlücke
24: Kettenradmitte
26: Punkt auf dem Fuß am nächsten zur Mitte, unteres Ende des Fußes
28: Teilkreishalbmesser
30: innere Verbindungsglieder
32: äußere Verbindungsglieder
34: Stift
36: Rollen
36A: erste Rollen
36B: zweite Rollen
36C: dritte Rollen
36D: vierte Rollen
38: Rollendrehmitte
39: Stifte
40: Kettenteilung
42: Kettenrad
50: erste Mittellinie
52: zweite Mittellinie
54: dritte Mittellinie
56: Verbindungswinkel α1
58: Verbindungswinkel α2
60: Teilkreis
62: gleichförmiges Kettenradpolygon
64: Zufallskettenradpolygon
66: Scheitelwinkel des gleichförmigen Polygons
68: Zusatzwinkel des gleichförmigen Polygons
70: Scheitelwinkel des Zufallspolygons
72: Zusatzwinkel des Zufallspolygons
74: Zähne
76: Zahnlücken
78: Rollenmitten
80: ungleichförmiges Kettenrad
82: Rollen
84: Teilkreis

Claims

Kettentrieb, umfassend: eine Kette mit durch Verbindungsglieder miteinander verbundene Stifte, wobei jeder Stift eine mittlere Achse aufweist, und eine Kettenteilung, die als ein Abstand zwischen der mittleren Achse benachbarter Stifte definiert ist, wobei die Kettenteilung konstant ist; ein Kettenrad mit mehreren Zähnen und Zahnlücken, die um den Umfang des Kettenrads beabstandet sind, wobei jede der Zahnlücken zwischen benachbarten Zähnen positioniert ist, wobei jede der Zahnlücken eine radiale Zahnlückenposition aufweist, die als ein Abstand zwischen der Mitte des Kettenrads und einem entlang den Zahnlücken am nächsten zur Mitte des Kettenrads in einer Radialrichtung befindlichen Punkt definiert ist; und mindestens einen Satz von vier aufeinander folgenden Zahnlücken, die als eine erste Zahnlücke, eine zweite Zahnlücke, eine dritte Zahnlücke und eine vierte Zahnlücke definiert sind, wobei die erste Zahnlücke und die vierte Zahnlücke eine gemeinsame radiale Position aufweisen und die zweite Zahnlücke und die dritte Zahnlücke eine voneinander und von der ersten und der vierten Zahnlücke verschiedene radiale Position aufweisen, und der Satz von vier aufeinander folgenden Zahnlücken zwei verschiedene Verbindungswinkel aufweist, mit einem ersten Verbindungswinkel, der zwischen einer Mittellinie eines ersten Verbindungsglieds und einer Mittellinie eines zweiten Verbindungsglieds definiert wird, und einem zweiten Verbindungswinkel, der zwischen der Mittellinie des zweiten Verbindungsglieds und der Mittellinie eines dritten Verbindungsglieds definiert wird, wobei die Mittellinie des ersten Verbindungsglieds durch die mittlere Achse eines Stifts in der ersten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der zweiten Zahnlücke definiert wird, wobei die Mittellinie des zweiten Verbindungsglieds durch die mittlere Achse eines Stifts in der zweiten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der dritten Zahnlücke definiert wird, wobei die Mittellinie des dritten Verbindungsglieds durch die mittlere Achse eines Stifts in der dritten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der vierten Zahnlücke definiert wird.
Antrieb nach Anspruch 1, wobei die radiale Position der ersten Zahnlücke und die radiale Position der vierten Zahnlücke gleich sind, die radiale Position der zweiten Zahnlücke kleiner ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke und die radiale Position der dritten Zahnlücke größer ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke.
Antrieb nach Anspruch 1, wobei mehr als ein Satz von vier aufeinander folgenden Zahnlücken vorliegt.
Antrieb nach Anspruch 1, wobei die radiale Position der ersten Zahnlücke und die radiale Position der vierten Zahnlücke gleich sind, die radiale Position der zweiten Zahnlücke größer ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke und die radiale Position der dritten Zahnlücke kleiner ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke.
Antrieb nach Anspruch 1, wobei die Kette eine Rollenkettenkonfiguration aufweist.
Antrieb nach Anspruch 1, wobei die Kette eine Zahnkettenkonfiguration aufweist.
Antrieb nach Anspruch 1, wobei die Kette eine Buchsenkettenkonfiguration aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Kettenrads mit reduzierten Geräuschen und Schwingungen für einen Kettentrieb, umfassend: Wählen einer gleichförmigen Kette mit durch Verbindungsglieder miteinander verbundenen Stiften, wobei jeder Stift eine mittlere Achse und eine Kettenteilung aufweist, die als ein Abstand zwischen der mittleren Achse benachbarter Stifte definiert wird, wobei die Kettenteilung konstant ist; Wählen eines gleichförmigen Kettenrads, das mehrere gleichförmige Zähne und gleichförmige Zahnlücken aufweist, die um den Umfang des Kettenrads beabstandet sind, wobei jede der gleichförmigen Zahnlücken zwischen benachbarten Zähnen positioniert wird, wobei jede der gleichförmigen Zahnlücken eine radiale Zahnlückenposition aufweist, die als ein Abstand zwischen der Mitte des gleichförmigen Kettenrads und einem Punkt entlang der gleichförmigen Zahnlücke, die der Mitte des gleichförmigen Kettenrads in einer Radialrichtung am nächsten ist, definiert ist, wobei jede gleichförmige Zahnlücke die gleiche radiale Zahnlückenposition aufweist, Zeichnen eines Teilkreises mit einem Radius, der als ein Abstand zwischen der Mitte des gleichförmigen Kettenrads und der mittleren Achse eines Stifts in einer der gleichförmigen Zahnlücken definiert ist; Positionieren eines gleichförmigen Kettenradpolygons in dem Teilkreis, wobei jeder Scheitel des Polygons den Teilkreis berührt und jede Seite des Polygons gleich der Kettenteilung ist; Bilden eines ersten Zufallskettenradpolygons durch Ändern der Scheitel zwischen den Seiten des gleichförmigen Polygons unter Beibehaltung der Länge jeder Seite; Bestimmen eines ersten Scheitelwinkels in einem Scheitel des ersten Zufallspolygons und eines ersten Zusatzwinkels des ersten Scheitelwinkels; Bilden eines zweiten Zufallskettenradpolygons, das sich von dem ersten Zufallspolygon unterscheidet, indem die Scheitel zwischen den Seiten des gleichförmigen Polygons unter Beibehaltung der Länge jeder Seite geändert werden; Bestimmen eines zweiten Scheitelwinkels in einem Scheitel des zweiten Zufallspolygons und eines zweiten Zusatzwinkels des zweiten Scheitelwinkels; Herstellen eines Zufallskettenrads mit mehreren willkürlichen Zähnen und willkürlichen Zahnlücken um den Umfang des Zufallskettenradsegments beabstandet, wobei eine jeder der willkürlichen Zahnlücken zwischen benachbarten willkürlichen Zähnen positioniert ist, wobei jede der willkürlichen Zahnlücken eine radiale Zahnlückenposition aufweist, die als ein Abstand zwischen der Mitte des Zufallskettenrads und einem Punkt entlang der willkürlichen Zahnlücke, der der Mitte des Zufallskettenrads in einer Radialrichtung am nächsten ist, definiert ist; und wobei mindestens ein Satz von vier aufeinander folgenden willkürlichen Zahnlücken als eine erste Zahnlücke, eine zweite Zahnlücke, eine dritte Zahnlücke und eine vierte Zahnlücke in dieser Reihenfolge definiert ist, wobei die erste Zahnlücke und die vierte Zahnlücke die gleiche radiale Zahnlückenposition aufweisen und die zweite Zahnlücke und die dritte Zahnlücke eine voneinander und von der ersten und der vierten Zahnlücke verschiedene radiale Zahnlückenposition aufweisen und der Satz von vier aufeinander folgenden willkürlichen Zahnlücken zwei verschiedene Verbindungswinkel aufweist, mit einem ersten Verbindungswinkel, der durch einen Winkel zwischen einer Mittellinie eines ersten Verbindungsglieds und einer Mittellinie eines zweiten Verbindungsglieds definiert wird, und einem zweiten Verbindungswinkel, der als ein Winkel zwischen der Mittellinie des zweiten Verbindungsglieds und der Mittellinie eines dritten Verbindungsglieds definiert wird, wobei die Mittelline des ersten Verbindungsglieds durch die mittlere Achse eines Stifts in der ersten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der zweiten Zahnlücke definiert wird, die Mittellinie des zweiten Verbindungsglieds durch die mittlere Achse eines Stifts in der zweiten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der dritten Zahnlücke definiert wird, und die Mittellinie des dritten Verbindungsglieds durch die mittlere Achse eines Stifts in der dritten Zahnlücke und die mittlere Achse eines Stifts in der vierten Zahnlücke definiert wird, und einer der beiden verschiedenen Verbindungswinkel gleich dem ersten Zusatzwinkel ist und der zweite der beiden verschiedenen Verbindungswinkel gleich dem zweiten Zusatzwinkel ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die radiale Position der ersten Zahnlücke und die radiale Position der vierten Zahnlücke gleich sind, die radiale Position der zweiten Zahnlücke kleiner ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke und die radiale Position der dritten Zahnlücke größer ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei mehr als ein Satz von vier benachbarten willkürlichen Zahnlücken vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die radiale Position der ersten Zahnlücke und die radiale Position der vierten Zahnlücke gleich sind, die radiale Position der zweiten Zahnlücke größer ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke und die radiale Position der dritten Zahnlücke kleiner ist als die radiale Position der ersten Zahnlücke.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kette eine Rollenkettenkonfiguration aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kette eine Zahnkettenkonfiguration aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kette eine Buchsenkettenkonfiguration aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Kettenrads mit reduzierten Geräuschen und Schwingungen für einen Kettentrieb, umfassend: Wählen einer gleichförmigen Kette mit durch Verbindungsglieder miteinander verbundenen Stiften, wobei jeder der Stifte eine mittlere Achse und eine Kettenteilung aufweist, die als ein Abstand zwischen der mittleren Achse benachbarter Stifte definiert wird, wobei die Kettenteilung konstant ist; Wählen eines gleichförmigen Kettenrads, das mehrere gleichförmige Zähne und gleichförmige Zahnlücken aufweist, die um den Umfang des Kettenrads beabstandet sind, wobei jede der gleichförmigen Zahnlücken zwischen benachbarten gleichförmigen Zähnen positioniert wird, wobei jede der gleichförmigen Zahnlücken eine radiale Zahnlückenposition aufweist, die als ein Abstand zwischen der Mitte des gleichförmigen Kettenrads und einem Punkt entlang der gleichförmigen Zahnlücke, der der Mitte des gleichförmigen Kettenrads in einer Radialrichtung am nächsten ist, definiert ist, wobei jede gleichförmige Zahnlücke die gleiche radiale Zahnlückenposition aufweist, Bilden eines gleichförmigen Trapezes mit einer Basis, deren Länge gleich dem Abstand zwischen einer Mitte eines Stifts in einer ersten gleichförmigen Zahnlücke und der Mitte eines Stifts in einer vierten gleichförmigen Zahnlücke eines Satzes von vier aufeinander folgenden gleichförmigen Zahnlücken des gleichförmigen Kettenrads ist, wobei die Oberseite und die Schenkel des gleichförmigen Trapezes eine Länge aufweisen, die gleich der Länge der Zahnteilung ist; und Bilden eines Vierecks durch Bewegen der Scheitel des gleichförmigen Trapezes unter Beibehaltung der Länge jeder Seite; und Herstellen eines Zufallskettenrads, das mindestens einen Satz von vier aufeinander folgenden willkürlichen Zahnlücken aufweist, indem jeder Scheitel des Vierecks einer Mitte eines von vier aufeinander folgenden Stiften in der gleichförmigen Kette zugeordnet wird und die vier aufeinander folgenden Stifte in den vier aufeinander folgenden willkürlichen Zahnlücken positioniert werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei beim Bilden des Vierecks die Scheitel der Basis des Trapezes nicht bewegt werden, während die Scheitel der Oberseite bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Kette eine Rollenkettenkonfiguration aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Kette eine Zahnkettenkonfiguration aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Kette eine Buchsenkettenkonfiguration aufweist.