WO2009062480A2 - Geräuscharmer kettentrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kettentrieb mit mindestens zwei Kettenrädern, welche mit Zähnen mit einer Evolventenverzahnung versehenen sind, und einer mit diesen in Eingriff befindlichen Zahnkette, insbesondere für einen Fahrzeugantrieb, welche Zahnkette aus einzelnen in Reihen angeordneten Kettenlaschen mit Öffnungen besteht, wobei die Kettenlaschen mittels die Öffnungen durchdringende Wiegestücke beweglich miteinander verbunden sind und Kettenzähne (5) aufweisen. Der Kettentrieb zeichnet sich dadurch aus, dass die Zahnflanken mindestens eines Zahns zumindest eines der Kettenräder unterschiedlich ausgebildet sind.

Description

Geräuscharmer Kettentrieb

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kettentrieb mit einem treibenden und einem angetriebenen Kettenrad sowie mit einer diese antriebsverbindenden Antriebskette.

[0002] Solche Zahnketten werden an mehreren Stellen im Fahrzeugantrieb eingesetzt, z.B. bei

Allrad-Verteilergetrieben, bei Front-Quer-Getrieben zum Überbrücken des Achsabstand zum Differential, als Antriebsketten eines getriebeinternen hydraulischen Hilfsaggregats, als Ventiltrieb-Steuerkette eines Verbrennungsmotors oder auch als Antriebsketten anderer Hilfsaggre- gate des Fahrzeugs (Kühlmittelpumpe, Schmiermittelpumpe, Klimakompressor, Lichtmaschine, Startermotor, Hybrider Zusatzmotor, Bremskraftverstärker und dergleichen). Man unterscheidet wie allgemein bekannt ist Zahnketten, Hülsenketten und Rollenketten. Die Erfindung betrifft einen Kettentrieb mit Zahnkette, wobei die Kettenräder mit einer Evolventenverzahnung versehen sind. Die Zähne der Antriebskette greifen jeweils in die Zahnlücken der Kettenräder, so dass eine formschlüssige und schlupffreie Verbindung zwischen der Antriebskette und dem jeweiligen Kettenrad für die Übertragung eines Drehmomentes hergestellt ist.

[0003] Bei der Anwendung einer Laschenkette als Zahnkette, die in einer festen Übersetzung zwischen zwei Zahnrädern läuft, entsteht durch den Auftreffimpuls der Kettenlaschen auf die Zahnflanken der Zahnräder eine Körperschalleinleitung in das System, die sich akustisch negativ äußert. Die durch diesen Auftreffimpuls entstehenden „Zahneingriffsfrequenzen" sind bei allen Drehzahlen vorhanden. Die Drehzahl des Systems bestimmt lediglich die Frequenz, die umso höher wird, je schneller die Kette bzw. der Kettentrieb sich dreht.

[0004] Es ist bekannt, die akustischen Eigenschaften eines Kettentriebs mit einer Zahnkette und

Kettenrädern beispielsweise über Randomisierung der Laschenlängeπ zu optimieren. Weiterhin gibt es die Möglichkeit der Akustikoptimierung durch die Anwendung zweier Zahnketten, die parallel angeordnet sind, und jeweils um eine halbe Laschenlänge zueinander versetzt laufen.

[0005] Durch die DE 43 16 877 A1 ist es bereits grundsätzlich bekannt, die Antriebskette eines

Kettentriebs so zu gestalten, dass die aufeinander folgenden Eingriffe der Kettenglieder in die Kettenräder nicht regelmäßig erfolgen, um auf diese Weise die Tonhaltigkeit der Auftreffimpulse zu stören, so dass sich das Geräuschbild des Kettentriebs zu einem Rauschen hin ent- wickelt. Die in dieser Druckschrift als Stand der Technik beschriebenen bekannten Methoden sehen vor, eine unregelmäßige Aufschlagfrequenz der Kettenglieder beispielsweise durch eine ungleichmäßige Teilung der Kettenradzähne bzw. der Antriebskettenglieder oder durch eine ungleichmäßige Gestaltung der Eingriffsflanken der Antriebskettenzähne bei der Antriebskette zu erzeugen. Ziel dieser Maßnahmen ist es, einen stochastischen Ketteneinlauf zu erreichen. Die hier geschilderten Maßnahmen können unter dem Begriff "kleine Stochastik" zu- sammengefasst werden. Es hat sich gezeigt, dass die Maßnahmen, bei denen die kleine Stochastik eingesetzt wird, herstellungstechnisch verhältnismäßig aufwendig und damit teuer in der Herstellung sind. Eine andere bekannte, in der oben genannten Druckschrift beschriebene Maßnahme sieht vor, eine aus mehreren parallel zueinander laufenden Einzelketten zusammengesetzte Antriebskette zu verwenden, und die zugeordneten Kettenräder jeweils um einen vorgegebenen Winkel gegeneinander zu verdrehen. Auf diese Weise soll die Phasenlage der Aufschlagfrequenzen der unterschiedlichen Einzelketten gegeneinander verschoben und damit auch die gleichzeitig auf die geteilten Zahnräder auftreffenden Massen verringert werden. Auch diese Lösung ist konstruktiv und herstellungstechnisch sehr aufwendig und daher vergleichsweise teuer.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Kettentrieb, mit einer Verringerung der Laufgeräusche zu schaffen.

[0007] Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.

[0008] Die Grundidee der Erfindung besteht darin, eine unterschiedliche Geometrie der Flanken eines Kettenradzahns vorzusehen. Dieser Unterschied kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden. Diese Maßnahmen können auch kombiniert werden. Die Zahnflanken der Zähne eines Kettenrads sollen asymmetrisch gestaltet werden, insbesondere sollen die Eingriffswinkel unterschiedlich sein. Dadurch gibt es eine Hauptdrehrichtung an den Zahnrädern. Im Zugbetrieb zieht die in Drehrichtung vorlaufende Flanke des ersten (Antriebs)Kettenrads die Kette in die Umschlingung, die Zahnkette läuft also über die genannte Flanke ein. Wechselt der Zugbetrieb in Schubbetrieb zum Beispiel bei Bergabfahrt ohne Motorvortrieb, wird aus dem Zugtrum im Zugbetrieb der Leertrum im Schubbetrieb und umgekehrt. In diesem Fall drücken die Flanken der Zähne der Kettenlaschen an die in Drehrichtung vorlaufende Flanke des zweiten, jetzt antreiben Kettenrads. Entscheidenden Einfluss auf die Akustik hat der Ketteneinlauf in das Kettenrad. Durch den Einsatz unterschiedlicher Flankengeometrie am Ket- tenrad besteht die Möglichkeit, die Akustik des Kettentriebs gezielt für den Zug- und Schubbetrieb positiv zu beeinflussen. Da die Kräfteverhältnisse in beiden Betriebszuständen unterschiedlich sind, verändert sich bei den bekannten Kettentrieben auch der Kraftangriffspunkt der Laschenflanke in Bezug zur Zahnradflanke. Die vorliegende Erfindung wirkt diesem Effekt mittels der beanspruchten Verbesserungen an den Flanken der Zähne der Kettenräder entgegen.

[0009] Der erfindungsgemäße Kettentrieb weist also mindestens zwei Kettenräder auf, wobei die

Zähne der Kettenräder mit einer Evolventen-Verzahnung versehenen sind. Diese Zähne sind während des Betriebs des Kettentriebs mit den Zähnen von Kettenlaschen einer Laschenkette in Eingriff. Die Kettenlaschen sind in bekannter Weise in Reihen angeordnet, wobei die einzelnen Laschen Öffnungen aufweisen, welche von Drückstücken durchdrungen sind. Die Wiegestücke, in der Regel jeweils zwei in jeder Öffnung, bilden zusammen mit den Öffnungen ein Wiegegelenk, so dass die einzelnen Zahnlaschen eine bewegliche Zahnkette bilden. Es können zusätzlich Führungslaschen vorgesehen sein. Der erfindungsgemäße Kettentrieb zeichnet sich dadurch aus, dass die Zahnflanken mindestens eines Zahns zumindest eines der Kettenräder unterschiedlich ausgebildet sind. Ein solcher Zahn weist also zwei unterschiedlich ausgebildete Zahnflanken auf, die im Falle einer bestimmten Drehrichtung als vor- und nachlaufende Flanke, bzw. als Arbeits- und Rückflanke bezeichnet werden können. Die vorlaufende und die nachlaufende Flanke zumindest eines Zahns eines Kettenrads unterscheiden sich also in ihrer Geometrie voneinander.

[00010] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung unterscheiden sich die vorlaufende und die nachlaufende Flanke zumindest eines Zahns eines Kettenrads aufgrund verschiedener Eiπ- griffswinkel.

[00011] Dabei wird es bevorzugt, dass der Eingriffswinkel der in Antriebsrichtung vorlaufenden Flanke steiler ist als der Eingriffswinkel der in Antriebsrichtung nachlaufenden Flanke. Ein steilerer Eingriffswinkel bedeutet in diesem Fall einen kleineren Eingriffswinkel an der vorlaufenden Flanke als an der nachlaufenden Flanke des Zahns entsprechend der allgemein bekannten Evolventenkonstru ktion .

[00012] Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kettentriebs unterscheiden sich die genannten Eingriffswinkel zwischen 0,2° und 7°. Die Eingriffswinkel selbst messen zwischen 22° und 38°. - A -

[00013] Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgerπäßen Kettentriebs sind beide Kettenräder mit Zähnen mit unterschiedlich großen Eingriffswinkeln versehen. Dabei weisen die jeweils in Drehrichtung vorlaufenden Flanken der Zähne einen kleineren Eingriffswinkel auf.

[00014] Neben der unterschiedlichen Ausgestaltung der Eingriffswinkel der Zahnflanken ist es auch möglich, die Teilungen mindestens zweier Zähne zumindest eines Kettenrads unterschiedlich auszuführen.

[00015] Weiterhin besteht ein Erfindungsgedanke darin, die Zahndicken mindestens zweier Zähne unterschiedlich dick zu gestalten, wobei der Unterschied bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,7 mm beträgt.

[00016] Gemäß einer Ausführung der Erfindung werden die Maßnahmen der unterschiedlichen

Eingriffswinkel und/oder der unterschiedlichen Teilungen und/oder unterschiedlicher Zahndicken kombiniert.

[00017] Bei dem erfindungsgemäßen Kettentrieb kann es vorgesehen sein, dass das Antriebs-, das Abtriebs- oder beide Kettenräder mit Zähnen mit unterschiedlich großen Eingriffswinkeln und/oder unterschiedlichen Teilungen und/oder unterschiedlicher Zahndicken versehen sind.

[00018] Gemäß weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kettentriebs kann das erste Kettenrad größer als das zweite Kettenrad sein. Die Kettenräder können Zähnezahlen zwischen 20 und 100 haben und/oder eine Übersetzung zwischen 0,2 und 5 verwirklichen.

[00019] Der erfindungsgemäße Kettentrieb ist zur Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehen, insbesondere in einem Fahrzeuggetriebe.

[00020] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

[00021] Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Kettentriebs, [00022] Fig. 2a und

Fig. 2b die geometrischen Verhältnisse bezüglich des Eingriffswinkels bei einer Evolventenverzahnung,

[00023] Fig.3 zwei Kettenradzähne mit unterschiedlicher Teilung

[00024] Fig. 4 die Verlagerung des Kontaktpunkts beim Wechsel von Zug- auf Schubbetrieb für einen Kettentrieb nach dem Stand der Technik,

[00025] Fig. 5 die Verlagerung des Kontaktpunkts beim Wechsel von Zug- auf Schubbetrieb für einen Kettentrieb für einen erfindungsgemäßen Kettentrieb,

[00026] Fig 6 die Eingriffsverhältnisse Kette/Kettenrad im Zugbetrieb

[00027] und

[00028] Fig. 7 die Eingriffsverhältnisse Kette/Kettenrad im Schubbetrieb.

[00029] Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kettentriebs 100 mit einem angetriebenen Kettenrad 1, einem getriebenen Kettenrad 2 sowie eine diese miteinander verbindenden, Drehmoment übertragende Zahnkette 3. Die Zahnkette 3 besteht aus einer Vielzahl Laschen 4, die in Reihen quer zur Laufrichtung der Zahnkette 3 angeordnet sind und sich gegeneinander versetzt in Umfangsrichtung der Zahnkette 3 erstrecken. Die Laschen 4 weisen jeweils zwei Kettenzähne 5 zum Eingriff in Zähne 7, 8 der Kettenräder 1 , 2 sowie zwei Öffnungen 6 auf. Die Öffnungen 6 sind von jeweils zwei Wiegestücken 91 , 92 durchdrungen, die die Verbindung der Laschen 4 untereinander sicherstellt und mit den Wandungen der Öffnungen 6 ein Wiegegelenk bilden. Die Drehrichtung ist wie durch den Pfeil angedeutet entgegen dem Uhrzeigersinn. Auch in den nachfolgenden Figuren wird von einer Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn ausgegangen.

[00030] Die Fig. 2a und die Fig. 2b zeigen eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Zahns 7 des Kettenrads 1 mit zwei Zahnflanken 71 und 72, wobei Fig. 2a die geometrischen Verhältnisse der in Drehrichtung des Kettenrads 1 vorlaufenden Zahnflanke 71 und die Fig. 2b die geometrischen Verhältnisse der nachlaufenden Flanke 72 mit Eingriffswinkeln W1 , W2, Teilkreisdurchmessern TK und Grundkreisdurchmessern Gk1 , GK2 darstellen. Die Teilkreisdurchmes- ser TK sind für beide Flanken 71, 72 gleich, während sich die Grundkreisdurchmesser GK1 und GK2 unterscheiden. Da die Konstruktion einer Evolvente als Zahnflanke allgemein bekannt ist, wird auf die Zusammenhänge der geometrischen Größen nicht näher eingegangen. Bei dem erfindungsgemäßen Zahn 7 des Kettenrads 1 ist der Eingriffswinkel W1 der Flanke 71 kleiner als der entsprechende Winkel W2 der nachlaufenden Flanke 72. Der Eingriffswinkel W1 der Flanke 71 beträgt etwa 30°, derjenige der Flanke 72 etwa 32°.

[00031] In Fig. 3 ist eine andere Möglichkeit dargestellt, Zahnflanken 701, 702, 710 und 720 zweier Zähne 700 und 750 eines Kettenrads asymmetrisch zu gestalten, nämlich indem die vorlaufenden Zahnflanken 701 und 710 eine andere Teilung P1 besitzen als die nachlaufenden Zahnflanken 702 und 720 mit der Teilung P2.

[00032] Fig. 4 zeigt die Eingriffsverhältnisse bei einem Kettentrieb gemäß dem Stand der Technik jeweils im Zug- und im Schubbetrieb, wobei die obere Darstellung der Zug- und die untere Darstellung den Schubbetrieb zeigt. Es ist ersichtlich, dass sich ein Kontaktpunkt K zwischen dem Kettenzahn 5 der Kettenlasche 4 und einem Zahn 79 eines Kettenrads bei einem Belastungswechsel nach oben in Richtung des Pfeils verschiebt. Eine solche Verschiebung verursacht immer Geräusche, so dass die Akustik sich verschlechtert.

[00033] Im Gegensatz zu der Fig. 4 sind in Fig. 5 die gleichen Eingriffsverhältnisse dargestellt, allerdings bei einem erfindungsgemäßen Kettentrieb. Aufgrund der angepassten asymmetrischen vor- und nachlaufenden Flanken 71 und 72 verlagert sich der Kontaktpunkt K, welcher Kraftangriffspunkt ist, beim Wechsel von dem Zug- in den Schubbetrieb nicht, so dass eine erhebliche akustische Verbesserung erreicht wird.

[00034] Die Fig. 6 und 7 zeigen, dass bei dem erfindungsgemäßen Kettentrieb unterschiedliche Zahnflanken 71 und 72 im Zug- und im Schubbetrieb wirksam sind. In Fig. 6 ist der Zugbetrieb dargestellt, bei dem nur die vorlaufenden Flanken 71 des Zahns 70 in Kontakt mit den Kettenzähnen 5 der Zahnkette 3 kommen. Demgegenüber erfolgt der Kontakt zwischen Zahn 70 und Kettenzahn 5 nur über die nachlaufende Flanke 72.

Claims

Patentansprüche

1. Kettentrieb (100) mit mindestens zwei Kettenrädern (1 , 2), welche mit Zähnen (70, 700, 750) mit einer Evolventen-Verzahnung versehenen sind, und einer mit diesen in Eingriff befindlichen Zahnkette (3), insbesondere für einen Fahrzeugantrieb, welche Zahnkette (3) aus einzelnen in Reihen angeordneten Kettenlaschen (4) mit Öffnungen (6) besteht, wobei die Kettenlaschen (4) mittels die Öffnungen (6) durchdringende Wiegestücke (91 , 92) beweglich miteinander verbunden sind und Kettenzähne (5) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflanken (71, 72, 701 , 702, 710, 720) mindestens eines Zahns (70, 700, 750) zumindest eines der Kettenräder (1, 2) unterschiedlich ausgebildet sind.

2. Kettentrieb (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffswinkel (W1 , W2) der sich unterscheidenden Zahnflanken (71 , 72, 701 , 702, 710, 720) unterschiedlich sind.

3. Kettentrieb (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriffswinkel (W1, W2)der in Antriebsrichtung vorlaufenden Flanke (71 , 701 , 710) steiler ist als der Eingriffswinkel der in Antriebsrichtung nachlaufenden Flanke (72, 702, 720).

4. Kettentrieb (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffswinkel (W1 , W2) sich im Bereich von 0, 2 ° bis 7 ° unterscheiden.

5. Kettentrieb (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Eingriffswinkel (W1, W2) zwischen 22° bis 38° betragen.

6. Kettentrieb (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kettenräder (1 , 2) Zähne mit unterschiedlich großen Eingriffswinkeln (W1, W2) versehen sind und dass die jeweils in Drehrichtung vorlaufenden Flanken der Zähne einen kleineren Eingriffswinkel (W1) aufweisen.

7. Kettentrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Z (700, 750) zumindest eines Kettenrads unterschiedliche Zahnteilungen (P1 , P2) aufweisen.

8. Kettentrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Zahndicken zumindest zweier Zähne zumindest eines Kettenrads unterschiedlich dick sind.

9. Kettentrieb (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dickenunterschied zwischen 0,1 mm und 0,7 mm beträgt.

10. Kettentrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffswinkel (W1 , W2) der Zahnflanken (71, 72) mindestens eines Zahns (70) zumindest eines Kettenrads (1 , 2) unterschiedlich, sind und/oder dass die Zähne (700, 750) zumindest eines Kettenrads (1, 2) unterschiedliche Zahnradteilungen (P1, P2) aufweisen, und/oder dass die Zähne zumindest eines Kettenrads unterschiedlich dick sind.

11. Kettentrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kettenräder (1 , 2) Zähne mit unterschiedlich ausgebildeten Zahnflanken (71 , 72, 701 , 702, 710, 720) und/oder unterschiedliche Zahnteilungen (P1 , P2) aufweisen.

12. Kettentrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von außen angetriebene Kettenrad (1 ) größer ist als das mittels der Zahnkette (3) angetriebene Kettenrad (2).

13. Kettentrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenräder eine Zähnezahl zwischen 20 und 100 haben.

14. Kettentrieb (100)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Übersetzung i zwischen etwa 0,2 und 5 aufweist.

15. Fahrzeug, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kettentriebs (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.

16. Kettenrad (1 , 2) für einen Kettentrieb mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 14.