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Beschreibung
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Titel : Bolzenlagergelenk Anwendungs-.
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gebiet Die Erfindung bezieht sich auf das Prinzip eines Bolzenlagergelenkes
für Rollenketten, die in Kettentrieben verwendet werden.
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Zweck : Diese Gelenkbauart ermöglicht den Bau von wartungsanspruchslosen,
leichtgängigst laufenden Rollenketten, die ohne Rollenschmierung trocken über die
Zahnräder laufen, deren Teilung bei Verschleiß gleich groß bleibt und deren Glieder
größere seitliche Auslenkbewegungen betriebssicher zulassen. Diese Gelenkbauart
wurde hauptsächlich konstruiert zur Verwendung in Ketten für Kettenradwechselgetriebe
(Renn- und Tourenradkettenschaltungen) und soll die Laufeigenschaften der bisher
verwendeten Rolienketten verbessern.
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Stand der Technik Kettenradwechselgetriebe (im folgenden Kettenschaltungen
genannt) gehören zu den Leistungsübertragungssystemen, die bei höchstem Wirkungsgrad
und leichtgewichtigster robuster Konstruktion, hohe Kräfte über. große Achsabstände
übersetzen können.
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Aus diesem Grund sind Kettenschaltungen bei -Rennrädern der bis heute
einzig gebräuchliche Getriebetyp. Das Leistungsübertragungs- und Schaltorgan bildet
hierbei die Kette. Allgemein üblich werden schmal gebaute Rollenketten mit verschiedenartig
ausgeführter Laschenform benutzt.
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Die Gelenke sind so ausgeführt, daß sich die Bolzen der Außenglieder
in den Hülsen der Innenglieder drehen und Rollen auf den Hülsen drehbar gelagert
sind.
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Kritik des Standes der Technik : Bei den bisher verwendeten Rollenketten
kennt man folgende Probleme: Für einen leichten Lauf der Rollen, müssen diese gut
geschmiert werden Dies führt bei freilaufenden KettentriebUn, wie z.Bsp.
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Kettenschaltungen, zum Verschmutzen der Kettenräder und der Kette
selbst und bedingt neben der verschleißfördernden Wirkung des am Schmiermittel haftenden
Schmutzes, einen hohen Wartungsaufwand. Die seitliche Auslenkung der Kettenglieder
ist durch das erforderliche enge Laufspiel zwischen Bolzen und Hülse stark begrenzt.
Dadurch wird der Schaltvorgang bei großen Zähnezahlunterschieden zwischen den zu
schaltenden Zahnrädern problematisch. Das Vorwählen anderer Gangstufen im Stillstand
des Kettentriebes ist durch die Steifigkeit der Kette nur in engen Grenzen möglich.
Weiterhin kann ein bestimmtes Innenmaß der Kettenglieder nicht unterschritten werden,
ohne den rechtzeitigen Beginn der für den Schalt-Vorgang notwendigen seitlichen
Auslenkbewegung der Kettenglieder zu behindern.
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Dieser Umstand erschwert z.Bsp. die Konstruktion betriebssicherer
8-fach Zahnkränze im Rennradbau.
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Die verschleißbedingte Längung der Kettenteilung erfolgt bei herkömmlichen
Rollenketten ungleichmäßig, da die Teilung der Innenglieder durch die nach außen
nicht einseitig verschleißenden Hülsen und die Teilung Innenglied-Außenglied durch
die in den Hülsen einseitig verschleißenden Bolzen gegeben wird.
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Ein gleichmäßiges Einlaufen von Kette und Kettenrädern ist ab einer
gewissen Verschleißgröße nicht mehr möglich Die Folge ist ein verstärkter Zahnflankenverschleiß,
dem nur durch rechtzeitiges Wechseln der Kette vorzubeugen ist.
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Aufgabe: Bei den oben aufgeführten kritischen Punkten, die sich im
Betrieb von herkömmlichen Rollenketten ergeben, soll die Erfindung Abhilfe schaffen.
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Lösung: Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß das Bolzenlagergelenk
vorgesehen, welches aus folgenden Bauteilen besteht: - Innenlaschen (3) - Bolzenlager
(6) - Außenlaschen (7) - Klemmstück (5) - Bolzen (1) - Rolle (2) Diese sind durch
den Anspruch 1 entsprechend ild 6 gekennzeichnet dadurch, daß a) an den nach außen
gerichteten Hälften (A) der Bolzendurchgangslöcher (8) der beiden Innenlaschen (3)
ein (ein- oder mehrteiliges) lagerschalenförmiges Bolzenlager (6) in seiner Position
fixiert ist, b) ein Bolzen (1) in den Bolzenlöchern (9) der beiden Außenlaschen
(7) befestigt und drehbar
in dem Bolzenlager (6) der Innenlaschen
(3) gelagert ist, c) ein lagerschalenförmiges Klemmstück (5), welches sich auf der
dem Bolzenlager (6) gegenüberliegenden Bolzenseite befindet, so fixiert ist, daß
es sich mit dem Bolzen (1) drehen muß, d) eine Rolle (2) lose drehbar um Bolzenlager
(6) und Klemmstück (5) gelagert ist, sowie durch Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,
daß gemäß Bild 4 der bolzenlagerabgewandte Teil der Bolzendurchgangsöffnungen (8)
der Innenlaschen (3) so groß gestaltet ist, daß der Bolzen (1) über die abgerundeten
Kanten des Bolzenlagers (6) Schwenkbewegungen in waagerechter Kettenmittenebene
und damit das ihm zughörige Außenglied größere, seitliche Auslenkungen ausführen
kann.
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Im Folgenden wird das Bolzenlagergelenk anhand der Bilder 1, 2, 3,
4, 5 und 6 näher erklärt.
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Bild 6 zeigt die in senkrechter Kettenmittenebene geschnittene Seitenansicht
sowie die Draufsicht eines Bolzenlagergelenks mit dem dazugehörigen Innen- und Außenglied.und
die in den Ansprüchen 1 und 2 einzeln gekennzeichneten Bauteile und Merkmale.
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Bild 1 zeigt ein in senkrechter Kettenmittenebene geschnittenes Bolzenlagergelenk
einer im Zahneingriff befindlichen Kette Das Innenglied mit den Innenl-senen (3)
steht dabei am Anfang der Schwenkbewegung um den Schwenkwinkel um aus der Verzahnung
des Zahnrades in den ablaufenden Kettentrum einzuschwenken (Kettenauslaufsituation
),.bzw.
am Ende der Einschwenk-'bewegu;ng aus dem einlaufenden Kettentrum in di er Zähne
des Zahnrades (Ketteneinlaufsituation). In der Bolzenmitte des Bolzens (1) sind
die-ángreifenden Kettenkräfte FK1 und FK2 eingezeidhnet.
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Auf dem unteren Schenkel des Zahnflankenwinkels t ist die resultierende
Bolzenkraft FB und die Zahnflankenkraft Fz abgebildet. Die Rolle (2) ist in dieser
Betriebssituation um das Maß e aus der Gelenkmittenachse in Richtung der Zahnflankenkraft
Fz verschoben und wird in ihrer Position durch das Klemmstück (5) und dietahnflanke
(über die Bolzenkraft FB und Zahnflankenkraft FZ ) gehalten. Das Bolzenlager (6)
kann dabei auf dem Bolzen (1) mit den zugehörigen Innenlaschen (3) des Innengliedes
um den Schwenkwinkel « drehen, ohne die Rolle (2) zu berühren. Das Klemmstück (5)
ist durch Befestigung am Bolzen (1) oder den Außenlaschen (7) in seiner Position
so fixiert, daß es mit dem Bolzen (1) und den dazugehörigen Außenlaschen (7) vom
Zahnrad aus gesehen stilistehen muß. Auf der Außenseite der Bolzenlagers (6) befindet
sich die Bolzenlagerklemmfläche (4).
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Sie tritt in Verbindung mit der Schwenkbewegung der Außenlaschen
(7) des Außengliedes in Funktion, Welche mit Hilfe von Bild 2 näher erklärt wird.
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Bild 2 zeigt in teilgeschnittener Ansicht eine im Zahneingriff stehende
Kette mit Bolzenlagergelenken. Dabei ist zu erkennen, daß im Bereich des Zahneingriffs
die Rollen (2) bei vorlaufendem Außenglied von der.Bolzenlager!clemmfläche (4) und
bei vorlaufendem Innenglied von den Klemmstücken (5) in Verbindung mit den JeweiÌigen
Zahnflanken in ihrer Position gehalten werden.
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Vereinfacht sind auf dieser Abbildung die mit zunehmender Kettenradumschlingung
kleiner werdenden Zahnflankenkräfte Fz eingezeichnet. Das hier abgebildete aus schwenkende
(Kettenauslaufsituation)
bzw. einschwenkende (Ketteneinlaufsituation)
Kettenglied ist ein Außenglied mit den Außenlaschen (7). In dieser Betriebssituation
kann der Bolzen (1) mit dem unbelasteten Klemmstück (5) im Bolzenlager (6) beim
Schwenken des Außengliedes drehen, ohne daß das Klemmstiick (5) die Rolle (2) berührt,
da diese an der Bolzenlagerklemmfläche anliegt.
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Aus den Beschreibungen zu Bild 1, 2 und 6 ergibt sich für das Bolzenlagergelenk
also folgende Funktion: Im Bereich des Zahneingriffs werden die Rollen (2) ueber
die Zahnflanken der entsprechenden Zähne und bei vorlaufendem Außenglied mit Hilfe
der Bolzenlagerklemmflächen (4) bzw.
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bei vorlaufendem Innenglie-d mit Hilfe der Klemmstücke (5)(von den
e den Kettenkräften FK1 und FK2 resultierenden Bolzenkräften FB und Zahnflankenkräften
Fz) soweit exzentrisch vom Bolzenmittelpunkt gehalten (Maß e), daß die beim Ein-
bzw. Auslauf schwenkender Kettenglieder (Außenglieder mit Bolzen (1) und Klemmstücken
(5) bzw. Innenglieder mit Bolzenlagern (6) ) ohne Reibarbeit an den Rollen (2) frei
drehen können und sich die Gelenkreibung ausschlie.5-lich auf die Lagerfläche Bolzenlager
(6) -Bolzen (1) beschränkt.
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Für die Kettenteilung ergibt sich bei Gelenkverschleiß folgende: Situation
. Im Bereich des Zahneingriffes werden die Rollen (2) abwechselnd von Zahn zu Zahn,
von Klemmstück (5) und Bolzenlagerklemmfläche (4) gemäß Bild 2 gehalten.
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Bei einer neuen Kette ohne Gelenkverschleiß beträgt das Maß Bolzenmittelpunkt
- Bolzenlagerklemmfläche (4) ì bzw. Klemufläche, Klemmstück (5) gleichmäßig D/2
und die Teilung von Bolzenmittelpunkt zu Bolzenmittelpunkt bzw. von Rolle zu Rolle
ist gleich Maß t.
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Bild 3 zeigt drei Kettenglieder mit stark verschlissenen Bolzenlagern.
Das Maß zwischen den Bolzenmittelpunkten der in den Außenlaschen (7) festgepressten
Bolzen (1), beträgt weiterhin t. Das Maß zwischen den Bolzenmittelpunkten der Innenlaschen
(3) hat sich aufgrund der eingelaufenen Bolzen (1) bzw. Bolzenlager (6) auf t+2v
vergrößert und daraus resultierend, das Maß zwischen Bolzenmittelpunkt und Bolzenlagerklemmfläche
(4) auf D/2-v verkleinert. Da die Rollen abwechselnd an Bolzenlagerklemmfläche (4)
und Klemmstück (5) anliegen, bleibt die Teilung zwischen den Rollen mit der Größe
t+v konstant.
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weitere Ausgestaltung Bild 4 und 5 zeigen eine Kette für die Verwendung
in Kettenschaltungen und deren Kettenlaschen. Der bolzenlagerabgewandte Teil der
Bolzendurchgangsöffnungen (8) der Innenlaschen (3) ist so gestaltet, daß der Bolzen
(1) über die abgerundeten Kanten des Bolzenlagers (6) Schwenkbewegungen und damit
das ihm zugehörige Außenglied größere, seitliche Auslenkungen betriebssicher ausführen
kann.
Das zwecks Einhaltung niedriger Flächenpressungswerte klein suszuführende Laufspiel
zwischen Bolzen (1) und Bolzenlager (6), ist unabhängig von der Größe der Schwenkbewegungsfreiheit
des Bolzens. Durch die nach innen eingebörtelten Bolzenlöcher (9) der Außenglieder
kann der Bolzen (1) bis unter die Außenbreite der Kette versenkt werden.
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Erzielbare Vorteile Die durch die Erfindung erzielten Vorteile einer
mit Bolzenlagergelenken ausgestatteten Rollenkette, (im folgenden Abschnitt Kette
genannt) sind im wesentlichen wie folgt zu sehen: Die Rollen laufen beim Ein- bzw.
Ausschwenken der Glieder in, bzw. aus den Zahnen der Zahnräder reibungsfrei. Neben
dem höheren Wirkungsgrad der Kettengelenke ist der Schmierstoffbedarf sehr gering,
weil sich die Reibung ausschließlich auf die Lagerfläche Bolzen - Bolzenlager konzentriert.
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Da durch die wegfallende Rollenschmierung kein Schmierstoff, wie bei
herkömmlichen Rollenketten aus dem Spalt zwischen Rolle und Hülse gepresst bzw.
geschleudert werden kann, läuft die Kette mit trockener Oberfläche. Der Wartungsaufwand
wird dadurch wesentlich geringer, da ein Verschmutzen von Kette und Kettenrädern
weitgehenst ausgeschlossen ist.
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Die Lebensdauer der Paarung Kettenrader -Kette ist sehr hoch, dera;
der Gelenkverschleim verteilt sich gleichmi6 auf die Teilung von Innen- und Außengliedern.
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Das Lauispiel, Zahnbreite - Innenmaß der Kette, kann sehr klein gehalten
werden, da der Beginn, der fr den Schaltvorgang notwendigen seitlichen Auslenkbewegung
durch die große seitliche Beweglichkeit der Kettenglieder erst nach dem vollständigen
Ausschwenken der Kettenglieder aus den Zähne des Zahnrades erfolgen kann und nicht,
wie bei üblichen Rollenketten'durch entsprechendes Laufspiel zwischen Zahnbreite
und kleinstem Innenmaß der Rollenkette frühzeitig ermöglicht werden muß. In Verbindung
mit den vollständig in die eingebörtelten Bolzenlöcher der Außenglieder versenkten
Bolzen kann die Kette extrem schmal gebaut werden.
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Dies erleichtert z.Bsp. die Konstruktion kompakter betriebssicherer
8-fach Zahnkränze. Durch die-große seitliche Beweglichkeit der Kettenglieder ist
ein Vorwählen über mehrere Gangstufen im Stillstand des Kettentriebes möglich, sowie
das Schalten Uber große Zahnzahlunterschiede unproblematisch.
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Das enge Laufspiel zwischen Bolzenlager und Bolzen ergibt niedrige
FlSchenpressungswerte und fördert dadurch eine hohe Lebensdauer, bzw. ermöglicht
eine hohe Belastbarkeit der Kettengelenke.
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Beschreibung eines AusfUhrungsbeispieles Bild 4-und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel
einer mit Bolzenlagergelenken ausgestatteten Rollenketten für- Renn- und Tourenradkettenschaltungen.
Auf Bild 4 sind drei montierteKettengli'der in teils geschnittener Ansicht abgebildet.
Das obere Kettenglied ist seitlich maximal ausgelenkt.
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Bild 5 zeigt als Explosionszeichnung die Bauteile eines Bolzenlagergelenkes
der
auf Bild 4 dargestellten Kette.
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Die Bolzenlager (6) sind Jeweils zur Hälfte aus den Innenlaschen (3)
herausgebörtelt.
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Die Bolzendurchgangsöffnungen (8) sind so dimensioniert, daß fUr das
3eweilige Außenglied mit dem Bolzen eine Schwenkbewegung bis ca. 35O in Kettenmittenebene
möglich ist. Die Bolzenlöcher (9) der Außenlaschen (7) sind leicht nach innen eingebörtelt,
um den Bolzen (1) bis unter die äußere Kettenbreite versenken zu können.« Das Klemmstück
(5j besteht aus einem ausgestanzten, gebogenen Blech, welches mit seinen Einbuchtungen
(11) von den in die Außenlaschen (7) eingepressten Haltenoppen (10) in seiner Position
zwischen den Außenlaschen (7) gehalten wird.
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