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Die Erfindung betrifft Gelenkverbindungen für Kraftübertragungsketten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Das Kippgelenk besteht aus sichelförmigen Öffnungen und Bolzen. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Kraftübertragungsketten mit invertierten Zähnen bzw. sogenannten Silentketten, die bei Steuerantrieben von Motoren wie auch zur Kraftübertragung von einem Drehmomentwandler zu einem Getriebe oder bei einem Transfergehäuse eines Vierradantriebes usw. Verwendung findet. Die Erfindung eignet sich auch für Rollenketten sowie für Kraftübertragungsketten bei stufenlosen Getrieben.
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Eine Art von Kraftübertragungsketten wird als Silentkette bezeichnet. Diese besteht aus versetzten Sätzen invertierter Zahnlaschen, welche die Zähne eines Kettenrades kontaktieren. Ein Satz Laschen wird aus mehreren Laschen zusammengesetzt, die längsseitig bzw. einander benachbart angeordnet sind. Die Laschen werden mit Bolzen verbunden, typischerweise runden Bolzen oder Kippgelenkbolzen, die in Öffnungen sitzen. Beispiele von Silentketten sind in den U.S. Patenten
US 4758210 A und
US 4904231 A erläutert.
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Eine zweite Art von Kraftübertragungsketten wird zur Kraftübertragung zwischen den Scheiben eines stufenlosen Getriebes verwendet. Hier liegen die Kettenlaschen in Sätzen, die zueinander versetzt sind. Die Laschen haben fluchtende Öffnungen zur Aufnahme von Schwenkbolzen. An der Kette sind Lastblöcke bzw. lasttragende Mittel vorgesehen, um Kräfte zwischen den Scheiben zu übertragen. Ein Beispiel einer solchen für ein stufenloses Getriebe geeigneten Kette findet sich im U.S. Patent
US 4911682 A .
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Eine weitere Art von Kraftübertragungsketten ist als Rollenkette bekannt, die typischerweise aus alternierenden inneren und äußeren Laschen besteht. Die inneren Laschen, auch als ”Muffenlaschen” bekannt, bestehen aus beabstandeten Stegen mit fest in Öffnungen aufgenommenen Muffen. Die Außenlaschen, auch als ”Bolzenlaschen” bzw. ”Führungslaschen” bekannt, bestehen aus beabstandeten Stegen mit Bolzen, die fest in Öffnungen am Ende der Stege aufgenommen sind. Die Muffen rotieren frei um die Bolzen und verbinden so schwenkbar die Außenlaschen mit den Innenlaschen in einer abwechselnden Anordnung. Rollen sind drehbar um die Muffen angeordnet. Ein Beispiel einer derartigen Rollenkette zeigt U.S. Patent
US 4186617 A .
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Silentketten mit Kippgelenkverbindungen sind bekannt, beispielsweise aus der japanischen Patentanmeldung 41-2805 (
JP S41-2805 B ). Hier sind die Laschenplatten an beiden Enden mit Öffnungen versehen. Die Öffnungen sind sichelförmig mit einer konvexen kreisbogenförmigen Tragfläche. Die Kippzapfen liegen in den Öffnungen und besitzen einen kreisbogenförmigen Abschnitt mit einer konvexen Kippfläche und einer konkaven Sitzfläche. Die Bolzen berühren mit ihrer Sitzfläche die Tragfläche der Öffnung. Da aber der Kippbolzen einen kreisbogenförmigen Abschnitt aufweist, ist der Bolzenquerschnittsbereich verhältnismäßig klein und die Kette wird oft infolge Bolzenbruchs zerstört.
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Eine Silentkette, bei der Bolzenbruch vermieden ist, schildert die japanische Patentanmeldung 1-55821 (
JP H01-55821 B2 ). Hier werden die Gelenkbolzen dadurch verstärkt, daß eine Verstärkungsplatte an der Innenfläche der Führungslaschenplatte vorgesehen ist. Ein Nachteil dieser Silentkette liegt darin, daß die Gesamtbreite der Kette infolge der Verstärkungsplatte vergrößert wird. Der einfachste Weg, ein Brechen der Bolzen zu verhindern, besteht darin, den Abschnitt der Kippbolzen zu vergrößern (den Krümmungsradius der Kipptragfläche zu vergrössern). Dann wird aber das Loch im Vergleich zum Gelenkprofil der Gelenkplatten groß und damit verringert sich die Festigkeit der Gelenkplatten.
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Ein anderes Beispiel einer Silentkette mit bekannter Kippgelenkverbindung findet sich in der japanischen Patentanmeldung 51-1815 (
JP S51-1815 B ). Hier haben die Kippbolzen einen nahezu trapezförmigen Querschnitt von großer Fläche. Damit ist die Festigkeit der Bolzen wesentlich höher als bei den vorbeschriebenen Ausführungen. Nachteilig ist aber, daß zwei Schrägflächen, die eine Fläche zum Beenden des Kippens des Gelenkbolzens bilden, wenn Last auf die Kette wirkt, einen spitzen Winkel bilden. Deshalb vergrößert sich die Toleranz zwischen der schrägen Fläche des Gelenkbolzens und der entsprechenden von der Öffnung in der Gelenkplatte gebildeten Schrägfläche leicht in Steigungsrichtung der Kette. Aus diesem Grund ist die Herstellung der Kette mit einer bestimmten Steigung sehr schwierig.
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Ein weiteres Beispiel einer bekannten Silentkette mit Kippgelenk findet sich in der Gebrauchsmusteranmeldung 62-196950 (
JP S62-196950 U ). Dabei sind die Bolzen elliptisch und haben damit eine höhere Festigkeit. Die Öffnung in der Lasche hat aber eine Erhebung, die dazu dient, das Drehen der Kippbolzen zu stoppen, wenn sich die Kette abbiegt. Erleidet die Kette einen Stoß, so führt die Erhebung zu einem relativen Schlupf zwischen dem Kippbolzen und der Lasche und vergrößert deren Verschleiß. Solche Erhebungen führen auch zu Schwierigkeiten bei der Herstellung.
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Bei der Silentkette nach dem U.S. Patent
US 5372554 A hat jeder Kippbolzen eine kreisbogenförmige Kippfläche, eine kreisbogenförmige Sitzfläche gegenüber der Kippfläche sowie konzentrisch zur Kippfläche und zwei Seitenflächen zur Verbindung der Kippfläche mit der Sitzfläche. Jede Bolzenseitenfläche besteht aus einem Kreisbogen, dessen Krümmungsmittelpunkt innerhalb des Bolzens liegt. Die Bolzenseitenfläche weist auch eine im wesentlichen ebene Fläche eines leichten Bogens auf, der sich mit dem Kreisbogen verbindet. Die Öffnung wird von einer kreisbogenförmigen Tragfläche gebildet, die am Endteil der Lasche liegt, die die Sitzfläche an einem der Kippbolzen erfaßt. Die Öffnung weist auch eine Haltefläche auf, die mit der Tragfläche verbunden ist und der Seitenfläche des Kippbolzens zugekehrt ist. Die Öffnung weist ferner eine gekrümmte Fläche auf, die mit ausreichendem Spiel mit der Haltefläche verbunden ist, um die Drehung eines benachbarten Kippbolzens zu ermöglichen. Infolge der Form der Kippbolzen und Öffnungen ist das Länge/Breite-Verhältnis (d. h. das Verhältnis von Höhe zur Breite) geringer als das Länge/Breite-Verhältnis bei bekannten kreisförmigen Kippbolzen und Öffnungen. Die Verringerung im Länge/Breite-Verhältnis führt zu einer höheren Festigkeit der Kette. Da aber die Bolzenseitenfläche ihren Krümmungsmittelpunkt in dem Teil des Kippbolzens hat, in dem die Sitzfläche die Tragfläche berührt, ist die Verkleinerung des Länge/Breite-Verhältnisses eingeschränkt.
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So ist es wünschenswert, Öffnungen und Kippbolzen vorzusehen, die noch kleinere Längen/Breiten-Verhältnisse haben, um die Kettenfestigkeit zu steigern.
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Erfindungsgemäß wird so ein Kippgelenk für Ketten vorgesehen, dessen bevorzugte Ausführungsform eine höhere Zugfestigkeit und einen geringeren Verschleiß aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Form des Kippgelenks in Kombination mit der Öffnung in der Lasche verbessert ist.
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Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kippgelenkverbindung zu schaffen, bei der die Festigkeit der Gelenkbolzen vergrößert und die Längung einer Silentkette infolge Verschleisses möglichst gering ist, ohne daß die Festigkeit der Laschen verringert wird, indem man die Form der Kippbolzen und der Öffnungen in den Laschen verbessert.
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Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei einer Silentkette gemäß der Erfindung wird die Kraft zwischen den Laschen und den Kippbolzen hauptsächlich über den Kontakt zwischen den Tragflächen der Laschen und Sitzflächen der Kippbolzen übertragen, und das Positionieren der Kippbolzen gegenüber den Laschen und das Blockieren ihrer Relativdrehung wird an diesen Flächen vorgenommen. Erfindungsgemäß liefert eine solche Bauweise eine große druckbelastete Fläche und ermöglicht so eine größere Dicke der Kippbolzen, so daß die Bruchfestigkeit der Kette verbessert ist und die Längung der Kette bei Verschleiß minimal ist. Somit ist die Bolzenfestigkeit erhöht und auch die Kettenfestigkeit bei Stößen vergrößert. Die Festigkeit von Bolzen und Laschen relativ zueinander ist verbessert und damit erhält man eine leichtere Kette von höherer Belastbarkeit. Die verschleißbedingte Längung der Kette ist ebenfalls verringert.
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Ausführungsbeispiele der Kettenglieder sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die unmaßstäbliche Zeichnung zeigt:
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1 eine Seitenansicht einiger Glieder einer erfindungsgemäßen Silentkette, teilweise im Schnitt;
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2 eine Draufsicht auf die Silentkette der 1;
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3 eine Seitenansicht eines Kippgelenks in einem Teil der Lasche der Silentkette der 1;
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4 eine Seitenansicht der Öffnung in der Lasche gemäß 3 mit nur einem eingesetzten Bolzen;
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5 eine Seitenansicht eines Kippgelenks bekannter Bauweise zur Darstellung der Vergrößerung des Kippgelenkradius;
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6 eine Seitenansicht des Kippgelenks und der Öffnung in der Lasche gemäß 5;
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7 eine Seitenansicht zur Darstellung des Drehverhaltens der Silentkette auf dem Kettenrad;
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8 eine Seitenansicht einer Lasche mit erfindungsgemäßen Öffnungen und
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9 eine Seitenansicht einer abgeänderten Lasche mit erfindungsgemäßen Öffnungen.
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Die 1 und 2 zeigen einen Ausschnitt aus einer Silentkette 1 in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Hier besitzt die Lasche 2 zwei Zähne 21 und paarweise Öffnungen 22. Kippgelenke 3 liegen in den Öffnungen 22 der Laschen. Die Kippgelenke verbinden mehrere Laschen in Axialrichtung und ermöglichen das Schwenken der Laschen. Führungslaschen 4 liegen seitlich außerhalb der inneren Laschen 2. Diese Anordnung ist bekannt. Die Erfindung liegt in der Form der Öffnungen in den Laschen und der Kippgelenke.
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3 zeigt einen Teil einer plattenförmigen Lasche 2 und eines Kippgelenks gemäß der Erfindung. 4 zeigt die Öffnung in der Lasche gemäß 3 mit nur einem eingesetzten Bolzen 31. Der zweite Bolzen ist nicht dargestellt, ist aber im Querschnitt dem Bolzen 31 ähnlich und liegt ebenfalls in der Öffnung. Die 3 und 4 zeigen, dass die Öffnung breiter ist als beim Stand der Technik, wonach die Öffnung vollkommen rund ist, wie die 5 und 6 zeigen. So ist die Öffnung nicht völlig rund, sondern vielmehr hat die Öffnung 22 in der Lasche 2 ein ungleichmäßiges Oval, ist also sichelförmig. Besitzen die Öffnung 22 in der Lasche 2 und die beiden Bolzen 31 des Kippegelenks 3 die erfindungsgemäße Form, die noch genauer erläutert wird, so sind der Abstand vom inneren Rand der Öffnung 22 zur Außenkante 27 der Lasche und der Abstand vom inneren Rand der Öffnung 22 zur äußeren Flanke 28 der Lasche größer als im Falle einer völlig runden Öffnung mit vergrößertem Radius, wie dies 5 zeigt, unter der Voraussetzung, dass die Dicke des Gelenkbolzens 31 gleich ist. Mit diesen Abmessungen ergibt sich eine Festigkeitserhöhung des Kippbolzens im Vergleich zu bekannten Silentketten, ohne dass die Festigkeit der Laschen leidet. So erhält man bei der erfindungsgemäßen Bauweise: W > W1, w > w1. Dabei ist W der Abstand vom inneren Rand der Öffnung 22 zum Rand 27 am Hinterteil der Lasche, wie dies 3 zeigt und w ist der Abstand von dem inneren Rand der Öffnung 22 zu der Außenflanke 28 der Lasche. Ebenso ist W1 der Abstand vom inneren Rand der Öffnung 22 zum Rand 27 am Rückteil der Lasche, wie dies 5 zeigt und w1 ist der Abstand vom Innenrand der Öffnung 22 zur Außenflanke 28 der Gelenkplatte, wenn der Radius R1 der Öffnung und des Gelenkbolzens vergrößert wird, um so die gleiche Dicke des in 3 gezeigten Gelenkbolzens zu erzielen.
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Betrachtet man 4, so besitzt der Bolzen 31 eine kreisbogenförmige Fläche 32 und eine kreisbogenförmige Sitzfläche 33 gegenüber der Fläche 32 und vorzugsweise konzentrisch mit dieser Bogenfläche. Der Bolzen besitzt ferner zwei Seitenflächen 34, 35, die über passende Überbrückungsradien mit der Kreisbogenfläche 32 und der kreisbogenförmigen Sitzfläche 33 verbunden sind. Die Krümmungsmittelpunkte O der Seitenflächen 34, 35 liegen außerhalb des Bolzens 31. Infolge dessen ist ihr Radius im Vergleich zu Bolzen sehr groß, deren Krümmungsmittelpunkte innerhalb dem Bolzenquerschnitt liegt. Weil der Krümmungsradius der Seitenflächen 34, 35 verhältnismäßig groß ist, sind die Seitenflächen 34, 35 flacher und beinahe eben.
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Die Öffnung 22 besitzt eine kreisbogenförmige Tragfläche 23 nahe dem Ende der Lasche, auf der die Sitzfläche 33 des Bolzens ruht. Eine gekrümmte Fläche 25 liegt gegenüber der kreisbogenförmigen Tragfläche 23. Die Öffnung 22 hat ferner zwei Halteflächen 24, 26, die mit der kreisbogenförmigen Tragfläche 23 über passende Überbrückungsradien verbunden sind. Die beiden Halteflächen 24, 26 haben im wesentlichen den gleichen Krümmungsradius wie die Seitenflächen 34, 35 des Kippbolzens 31. Der Krümmungsradius der beiden Halteflächen 24, 26 liegt außerhalb der Öffnung. So sind auch die beiden Halteflächen 24, 26 flacher und beinahe eben. Die gekrümmte Fläche 25 ist dem Laschenmittelpunkt zugekehrt und von einem Radius 40 gebildet, der innerhalb der Öffnung liegt.
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Die Öffnung 22 liegt in der Lasche 2 unter einem Schrägungswinkel 44, vorzugsweise in der Größenordnung von weniger als 5° und vorzugsweise etwa 4°. Der Bolzen legt sich an die Sitzfläche 23 der Öffnung und liegt unter dem gleichen Schrägungswinkel wie die Öffnung. Der Kontakt zwischen dem Bolzen und der Öffnung erfolgt an der kreisbogenförmigen Sitzfläche 32 und der Sitzfläche 23 und den Seitenflächen 34, 35 und den Halteflächen 24, 26.
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Die Dicke bzw. Länge der Öffnung wird zwischen den Punkten 46 und 48 gemessen, längs der Mittellinie 47. Die Höhe der Öffnung wird zwischen den Punkten 49 und 50 längs der Linie 51 gemessen, die dort liegt, wo die Bolzenkippfläche die Mittellinie 47 schneidet. Vorzugsweise ist die Öffnungsdicke größer als die Öffnungshöhe. Dies ermöglicht einen dickeren Bolzen, so dass das Längen/Breiten-Verhältnis verringert und die Zugfestigkeit erhöht ist.
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Wenn man den Krümmungsmittelpunkt der Seitenflächen 34, 35 des Gelenkbolzens 31 außerhalb des Kippbolzens 31 legt, so verflacht sich die Form des Kippbolzens 31 und damit der Öffnung 22. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Krümmungsmittelpunkt O gegenüber der senkrechten Mittellinie 51 versetzt. Die flachere Bauweise verringert das Längen/Breiten-Verhältnis des Gelenkbolzens 31 und der Öffnung 22 und erhöht damit die Festigkeit der Kette. Wird die Silentkette einfach durch Radiusvergrößerung des Gelenkbolzens modifiziert, wie dies die 5 und 6 zeigen, so liegen die Krümmungsmittelpunkte der Bolzenseitenflächen innerhalb des Bolzens und dies begrenzt die Höhe der Verkleinerung im Längen/Breiten-Verhältnis. Deshalb kann die Relativbewegung der Kippbolzen gegenüber den Laschen verkleinert werden, damit kann die verschleißbedingte Längung der Kette vermieden und die Wirkung zum Stoppen der Kippbolzen vergrößert werden.
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So zeigt 7 eine Silentkette 1 in Umschlingung eines Kettenrades. Dabei kontaktiert der Zahn T des Kettenrades die Außenseiten der Lasche an den Punkten P und P'. Die Kraft F wirkt auf das Kippgelenk 3 in Pfeilrichtung. Deshalb wirkt die Kraft F als Druckkraft in Richtung der Verbindungslinie zwischen dem Punkt P und dem Kontaktpunkt C zweier Öffnungen des Kippgelenks 3. Bei der erfindungsgemäßen Silentkette ist der Abstand zwischen dem Punkt P und der Position Q am Innenrand der Öffnung auf der vorgenannten Linie größer als der Abstand zwischen dem Punkt P und der Lage Q' des Innenrandes (gestrichelt dargestellt) bei der Bauweise, bei der die Öffnung völlig rund und der Radius vergrößert ist. Aus diesem Grunde sind die Biegebeanspruchungen verringert und die Festigkeit der Lasche infolge des genannten Unterschiedes im Abstand vergrößert.
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Die
8 und
9 zeigen die Laschen einer Silentkette mit erfindungsgemäßer Öffnung
22. Die Laschen haben unterschiedliche Formen, die sich für eine Hybridkette kombinieren lassen, bei der in der ganzen Kette die Laschen in beiden Bauweisen gemischt auftreten. Die Lasche
80 in
8 hat einen runden Außenrand
82, die Lasche
90 in
9 dagegen Außenkanten
92 von unterschiedlicher bzw. gewinkelter Form. Während außerdem beide Laschen
80 und
90 gerade Innenflanken
84 und
94 aufweisen, können diese auch alternativ unterschiedlich bzw. gekrümmt sein, wie in
10 der vorgenannten U.S. Patentschrift
US 5372554 A gezeigt. Ein Beispiel einer solchen Kette ist im U.S. Patent
US 4342560 A dargestellt.
