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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kettenrad zur Übertragung eines Drehmoments bei einem Getriebe, dessen periphere Verzahnung formschlüssig mit einem Zugmittel zusammenwirkt, insbesondere für Gelande-Motorräder.
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Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf eine Leistungsübertragung durch mindestens eine Zahnrad/Bolzenkette-Paarung.
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Die
DE 10 2009 008 802 A1 offenbart ein Zahnrad, bei welchem die Teilungswinkel wischen den Zähnen nicht 100%ig gleich ist, wie die Fachwelt es bisher als üblich angesehen hat. Insbesondere soll der Gegenstand der dort beschriebenen Erfindung im Bau von Hochleistungs-Verbrennungsmotoren Anwendung finden. Der dort vorgeschlagenen Losung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Geräuschpegel bei derartigen Antrieben zu senken.
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In der
DE 44 34 752 A1 ist ein Kettenradgetriebe einer Kettenschaltung dargestellt und beschrieben, welche insbesondere bei Fahrrädern Verwendung findet. Dem dort beschriebenen Gegenstand liegt die Aufgabe zu Grunde, den Übergang der Kette beim Schalten auf unterschiedlich große Kettenräder zu erleichtern. Dazu wird dort vorgeschlagen, unter Bildung einer Doppelzahnlücke gegebenenfalls einen Zahn auszusparen, damit beim Übergang von einem zum anderen Kettenrad dieser Übergang gerauscharm, sicher und stoßfrei erfolgen kann.
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Derartige Systeme können keine Lehre vermitteln, wie bei einem Gelände-Motorrad die Leistungsübertragung mittels Kettengetriebe effizienter gestaltet werden kann. Eine Übertragung hoher Drehmomente unter ungünstigen Rahmenbedingungen unterliegt speziellen Anforderungen. Unter ungünstigen Rahmenbedingungen sollen hier beispielsweise Moto-Cross-Fahrten, also Fahrten mit Gelände-Motorrädern in unbefestigtem Gelände, in Sand sowie insbesondere in Schlamm verstanden werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Kettenrad zur Übertragung eines Drehmoments zu schaffen, welches trotz hoher Anforderungen an Festigkeit, Robustheit und ästhetischer Wirkung mit möglichst geringen Reibungsverlusten bei Moto-Cross-Fahrten mit Gelande-Motorradern einsetzbar sein soll.
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Diese Aufgabe wird von einem Kettenrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kettenrads liegen in der reibungsarmen Kraftubertragung unter schweren Umgebungs-Bedingungen, in dem Selbstreinigungseffekt von Kettenrad und der im Eingriff befindlicher Kette, sowie in der einfachen Zweidimensionalen Fertigung seiner Einzelteile und in der guten Austauschbarkeit seiner Verschleißelemente, sowie in der Vielseitigkeit der Ausführungsmöglichkeiten und in der positiven ästhetischen Wirkung.
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Besonders vorteilhaft ist ein Kettenrad mit einer peripheren Verzahnung, die formschlüssig mit einer Kette zusammenwirkt, welche eine vorgegebene Kettenteilungs-Periode P aufweist, und bei dem am Umfang des Kettenrades eine Anzahl von Zähnen vorhanden ist, und zur Befestigung des Kettenrades an einer Radnabe Durchgangslöcher vorhanden sind, welche auf einem gemeinsamen Lochkreis liegen, wenn die Anzahl der Zähne gegenüber der durch die Kettenteilungs-Periode P vorgegebenen Anzahl der Zähne reduziert ist.
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Außerordentlich vorteilhaft ist ein Kettenrad dann, wenn der Abstand der Zähne der doppelten Kettenteilungs-Periode 2P der Kettenteilung P entspricht.
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Ferner ist ein Kettenrad von Vorteil, wenn es aus einem Innen-Ring und einem austauschbaren Zahnkranz zusammengesetzt ist.
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Günstig kann ein Kettenrad auch ausgestaltet werden, wenn das gesamte Kettenrad durch ein Paket von mehreren parallelen Schichten gebildet wird, besonders, wenn die mittlere Schicht des Pakets aus einer Stahllegierung mit hoher Festigkeit besteht, und die benachbarten Schichten aus Leichtmetall geringer Festigkeit gebildet werden.
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Bei einer ahnlichen Bauform kann es von besonderem Vorteil sein, wenn die mittlere Schicht des Pakets aus einer Stahllegierung mit hoher Festigkeit besteht, und die benachbarten Schichten aus Kunststoffen geringer Festigkeit gebildet werden.
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Bei diesen Varianten ist die asthetische Wirkung hervorragend, wenn die der mittleren Schicht des Pakets benachbarten Schichten eine von der mittleren Schicht abweichende Farbgebung aufweisen.
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Ein Kettenrad lässt sich besonders vorteilhaft herstellen, wenn der spanende Teil der Herstellung des Kettenrads ausschließlich durch 2-Koordinaten-Fertigungsverfahren erfolgt.
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Ein Kettenrad, das in gewichtsreduzierter Skelett-Bauweise festigkeitsoptimiert ausgefuhrt ist, erfüllt in besonderem Maße die gestellten Anforderungen.
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Es zeigt
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1 eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemaßen Kettenrads mit diskontinuierlicher Zahnfolge;
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2 eine vergrößerte Detail-Ansicht des Kettenrads gemaß 1;
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3 eine räumliche Ansicht einer Variante eines mehrteiligen erfindungsgemaßen Kettenrads;
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4 eine raumliche Ansicht einer Gewichtsoptimierten Variante eines erfindungsgemäßen Kettenrads und
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5 eine raumliche Ansicht eines Kettenrads aus einem Schichten-Paket.
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Ein in 1 dargestelltes Kettenrad 1 besteht aus einem Ring 2, welcher an seinem Umfang 3 eine Anzahl von Zähnen 4 tragt. Auf einem gemeinsamen Lochkreis befinden sich in dem Ring 2 Bohrungen 5, welche zur Befestigung des Kettenrads 1 an einer nicht dargestellten Nabe dienen. Die Nabe ist Bestandteil eines Antriebsrads eines Motorrads, was ebenfalls nicht dargestellt werden muß, um die Erfindung zu erläutern.
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Die Zähne 4 des Zahnrads 1 sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der von einer bestimmten Kettenteilungs-Periode P abgeleitet ist. Die Kettenteilungs-Periode P wird durch die Teilung einer nicht dargestellten Gliederkette bestimmt. Beim Stand der Technik wird die Anzahl der Zähne eines Kettenrads durch die entsprechende Kettenteilungs-Periode P derart bestimmt, dass die einzelnen Kettenglieder bei der Umschlingung des Kettenrads mit jeweils einem Zahn eines Kettenrads in Eingriff stehen.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zahnrads 1 beträgt der Abstand zweier benachbarter Zähne 4 allerdings zwei Kettenteilungs-Perioden 2P. Zwischen zwei benachbarten Zähnen 4 fehlt demgemäß ein Zahn, so dass eine Zahnlucke gebildet wird, die doppelt so groß ist, wie bei einem herkömmlichen Kettenrad für eine Glieder- bzw. Bolzenkette mit einer bestimmten Teilung.
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Diese Maßnahme beruht auf der Erkenntnis, dass, bei Fahrten mit einem Gelände-Motorrad im Schlamm, dieser Schlamm – und natürlich auch andere Verunreinigungen – zwischen die Zähne 4 des Kettenrads 1 und die Glieder der Bolzenkette eindringt und die Leistungsubertragung erheblich beeinträchtigt. Es kommt zu hohen Reibungsverlusten, zu Verringerungen des direkten Kontakts zwischen Kettenrad 1 und Bolzenkette, sogar zu Dehnungen der Bolzenkette, die wiederum zu Überdehnungen und Beschadigungen, zumindest aber zu vorzeitigem Verschleiß von Kettenrad und Bolzenkette führen.
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Durch die erfindungsgemäße Vergrößerung der Abstände zwischen zwei benachbarten Zähnen 4 werden die Verunreinigungen und der Schlamm erheblich besser abgeführt und es kommt zu einem gewissen Selbstreinigungseffekt. In Versuchen hat sich gezeigt, dass die zur Leistungsübertragung erforderliche Festigkeit trotz des Weglassens jeweils eines Zahns 4 weiterhin vollständig gewährleistet ist. Vorstellbar ist auch eine Vergrößerung des Abstands zwischen zwei benachbarten Zähnen auf mehr als zwei Kettenteilungs-Perioden. Die gewählte Größe der Zahnlucke richtet sich nach dem Umfang des Kettenrads, der Teilungs-Periode der Bolzenkette und in gewissem Maße auch nach der zu übertragenden Leistung. Ferner ist auch die zusätzliche Gewichts-Reduzierung vorteilhaft.
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Die in den Ausfuhrungsbeispielen dargestellten doppelten Zahnlücken sollen die Erfindung jedenfalls nicht auf diese Bemessungsangabe beschränken.
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In 2 ist ein Detail eines Kettenrads 1 gemäß 1 vergrößert dargestellt, gleiche oder gleichwirkende Elemente sind – wie auch bei den folgenden Figurenbeschreibungen anderer Ausführungsbeispiele – mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 3 ist ein erfindungsgemaßes Kettenrad 1 veranschaulicht, welches im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten besteht. Die erste Komponente wird von einem Innen-Ring 6 gebildet, der eine Kontur aufweist, die aus einem skelettierten Sechseck abgeleitet ist, so dass ein Ring-Rahmen 7 mit sechs konkaven Seiten 8 gebildet wird. In der Mitte der konkaven Seiten 8 befindet sich jeweils eine Bohrung 5 die in einer Senkung ausläuft. Mittels dieser sechs Bohrungen 5 – die auf einem gemeinsamen Lochkreis liegen – wird der Innen-Ring 2 an einer nicht dargestellten Radnabe befestigt. An den sechs Ecken des den Innenring 2 bildenden Ring-Rahmens 7 befinden sich Innen-Ring-Ansätze 9 mit Durchbrüchen 10, welche radial nach außen hin geöffnet sind. Die zweite Komponente wird von einem Zahnkranz 11 gebildet, dessen Kontur von einem Kreisring abgeleitet ist. An seiner Peripherie befindet sich eine Verzahnung mit einer bestimmten Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Zähnen 4. Wie schon zu den 1 und 2 beschrieben wurde, ist gegenüber dem Stand der Technik ist eine reduzierte Anzahl von Zähnen 4 vorhanden, dafur sind die Zahnlücken doppelt so groß, wie beim Stand der Technik. In seiner inneren Kontur weist der Zahnkranz 11 Zahnkranz-Ansatze 12 auf, die radial nach innen weisen. Die geometrische Verteilung und die Anzahl der radial nach innen weisenden Zahnkranz-Ansätze 12 entspricht der geometrischen Anordnung und Anzahl der Innenring-Ansätze 9 mit ihren Durchbrüchen 10 an den Ecken des Ring-Rahmens 7. Die radial nach innen weisenden Zahnkranz-Ansätze 12 und die Durchbrüche 10 an den Innenring-Ansätzen 9 sind so aufeinander abgestimmt, dass sie miteinander korrespondieren. Durch Pass-Schrauben 13 werden der Innen-Ring 6 und der Zahnkranz 11 miteinander verbunden.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei allerdings durch die spezielle Ausführung des Zahnkranzes 14 eine weitere Gewichtsreduzierung erzielt wird. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird ausdrücklich auf die entsprechenden Teile der Figurenbeschreibungen zu den 1 bis 3 hingewiesen und Bezug genommen. Der Zahnkranz 14 weicht jedoch von seiner Kreisringformigen Kontur deutlich ab. Die Anordnung der Zähne 4 des Zahnkranzes 14 bleibt gegenüber den bisherigen Ausfuhrungsbeispielen unverändert, aber die Kontur des Kreisringes wird soweit geändert, dass die innere Kontur 15 des Zahnkranzes 14 im Wesentlichen der außeren Form der Zähne 4 folgt. Durch diese Maßnahme reduziert sich die radiale Materialstärke des Zahnkranzes 14 ungefähr auf die Zahnbreite am Fuß der Zähne 4 und es ergeben sich bei der inneren Kontur 15 des Zahnkranzes 14 abgeflacht-konvexe Ausbauchungen 16, die ungefähr dem Verlauf des jeweiligen Zahngrundes folgen. Die Reduzierung der Anzahl der Zähne 4 und die Reduzierung der Masse des Zahnkranzes 14 verringert in vorteilhafter Weise die Masse des Kettenrads 1, so dass das Gewicht nochmals günstiger wird.
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Schließlich wird in 5 eine besonders vorteilhafte Variante gezeigt, bei der letztlich das gesamte Kettenrad 1 aus einem mehrschichtigen Paket 17 besteht. Der Innen-Ring 2 und der Zahnkranz 14 sind beinahe vollständig von einem Paket aus drei Schichten 18, 19, 20 gebildet. Die beiden außeren Schichten 18 und 20 bestehen aus Werkstoff mit geringer Festigkeit, bevorzugt aus Kunststoff. Die innere Schicht 19 besteht zumindest im Bereich des Zahnkranzes 14 aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit, bevorzugt aus Stahl. Die beiden äußeren Schichten 18 und 20 können durch Umspritzen der inneren Schicht 19 so gestaltet sein, dass die innere Schicht 19 von den äußeren Schichten 18 und 20 derart ummantelt ist, dass nur noch der Bereich des Zahnkranzes 14 frei von der Ummantelung bleibt, an dem das Kettenrad 1 Kontakt mit der Kette hat.
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Eine praktische Losung der Herstellung eines derart ummantelten Kettenrads 1 kann darin bestehen, dass die innere Schicht 19, bestehend aus Innenring 2 und Zahnkranz 14 in eine Form eingelegt werden, und die umgebenden Schichten 18 und 20 im Spritzverfahren um die innere Schicht 19 herum aufgebracht werden. Dazu eignen sich beispielsweise sowohl Kunststoffe als auch Leichmetalle. Der entstehende Verbund der drei Schichten 18, 19, 20 übernimmt die Ummantelung von Innenring 2 und Zahnkranz 14, wobei noch weitere fertigungstechnische und optische Vorteile zum Tragen kommen.
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Sowohl bei der zuletzt gezeigten Variante als auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 kann der innere Teil des Kettenrads vollständig aus Kunststoff bzw. aus einem Leichtmetall bestehen. Die Auswechselbarkeit des Zahnkranzes hat sowohl wartungstechnische als auch ökonomische und ökologische Vorteile, denn bei Verschleiß des Zahnkranzes muß nur dieser und nicht das gesamte Kettenrad ausgetauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kettenrad
- 2
- Ring
- 3
- Umfang
- 4
- Zähne
- 5
- Bohrung
- 6
- Innen-Ring
- 7
- Ring-Rahmen
- 8
- konkave Seiten
- 9
- Innen-Ring-Ansätze
- 10
- Durchbrüche
- 11
- Zahnkranz
- 12
- Zahnkranz-Ansätze
- 13
- Pass-Schrauben
- 14
- Zahnkranz
- 15
- innere Kontur
- 16
- abgeflacht-konvexe Ausbauchungen
- 17
- Schichten-Paket
- 18
- äußere Schicht
- 19
- mittlere Schicht
- 20
- äußere Schicht
- P
- Kettenteilungs-Periode
- 2P
- doppelte Kettenteilungs-Periode
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009008802 A1 [0003]
- DE 4434752 A1 [0004]
