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Patent Searching and Data


Title:
TOOTHED BELT DRIVE OR CHAIN DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/023881
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a toothed belt drive or a chain drive with at least one toothed gearwheel (10) and at least one toothed belt or at least one chain. At least one tooth (A, B) of the toothed gear wheel (10) and/or at least one tooth of the toothed belt or at least one link of the chain has a flank geometry which is different from that of each of the other remaining teeth.

Inventors:
HUNKERT STEFFEN (DE)
Application Number:
PCT/EP1997/006110
Publication Date:
June 04, 1998
Filing Date:
November 05, 1997
Export Citation:
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Assignee:
VOLKSWAGEN AG (DE)
HUNKERT STEFFEN (DE)
International Classes:
F01L1/02; F02B67/06; F16G1/28; F16H7/02; F16H7/06; (IPC1-7): F16H7/02; F16H7/06
Foreign References:
US3377875A1968-04-16
US5267910A1993-12-07
US3738187A1973-06-12
EP0255333A11988-02-03
DE4331482A11994-03-24
DE2906619B11980-07-24
DE3109172A11982-09-23
EP0255333A11988-02-03
DE4331482A11994-03-24
DE2906619C21981-05-21
DE3109172A11982-09-23
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 15, no. 89 (M - 1088) 4 March 1991 (1991-03-04)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 9, no. 92 (M - 373)<1815> 20 April 1985 (1985-04-20)
Attorney, Agent or Firm:
VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT (Wolfsburg, DE)
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Claims:
PATENTANS PRÜC H E
1. Zahnriemen oder Kettengetriebe mit wenigstens einem Zahnrad (10) und wenigstens einem Zahnriemen (14) bzw. wenigstens einer Kette, dadurch gekennzeichnet, da wenigstens ein Zahn (A,B) des Zahnrades (10) und/oder wenigstens ein Zahn des Zahnriemens (14) bzw. wenigstens ein Glied der Kette eine Flankengeometrie auf weist, welche von der Flankengeometrie der jeweils übrigen Zähne abweicht.
2. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da die Flankengeometrie bezüglich Vorder und Hinterflanke (18,20) des wenigstens einen Zahnes vom Zahnriemen und/oder Zahnrad (10) bzw. des wenigstens einen Gliedes der Kette asymmetrisch ist.
3. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da der wenigstens eine Zahn vom Zahnriemen und/oder Zahnrad (10) bzw. das wenig stens eine Glied der Kette eine steilere und/oder flachere Flankengeometrie aufweist.
4. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da der wenigstens eine Zahn des Zahnriemens (14) bzw. das wenigstens eine Glied der Kette mit von den übrigen Zähnen bzw. Gliedern abweichender Flankengeometrie derart angeordnet ist, da dieser Zahn oder dieses Glied im Moment einer Lastspitze mit wenigstens einem der Zahnräder (10) in Eingriff ist.
5. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da der wenigstens eine Zahn des Zahnrades (10) mit von den übrigen Zähnen ab weichender Flankengeometrie derart angeordnet ist, da dieser Zahn im Moment einer Lastspitze mit dem Zahnriemen (14) bzw. der Kette in Eingriff ist.
6. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da der wenigstens eine Zahn vom Zahnriemen (14) und/oder Zahnrad bzw. das wenig stens eine Glied der Kette einen grö eren oder einen kleineren Kopfradius hat.
7. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da der wenigstens eine Zahn des Zahnriemens (14) bzw. das wenigstens eine Glied der Kette mit von den übrigen Zähnen bzw. Gliedern abweichender Flankengeometrie derart angeordnet ist, da sich dieser Zahn oder dieses Glied im Moment einer Last spitze im Einlauf oder im Auslauf des Eingriffs mit wenigstens einem der Zahnräder (10) befindet.
8. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da der wenigstens eine Zahn des Zahnrades (10) mit von den übrigen Zähnen ab weichender Flankengeometrie derart angeordnet ist, da sich dieser Zahn im Moment einer Lastspitze im Einlauf oder im Auslauf des Eingriffs mit dem Zahnriemen (14) bzw. der Kette befindet.
9. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da wenigstens zwei Zähne des Zahnriemens (14) bzw. wenigstens zwei Glieder der Kette mit von den übrigen Zähnen bzw. Gliedern abweichender Flankengeometrie derart angeordnet sind, da sich diese Zähne oder diese Glieder im Moment einer Lastspitze im Einlauf und/oder im Auslauf des Eingriffs mit wenigstens einem der Zahnräder (10) befinden.
10. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da wenigstens zwei Zähne des Zahnrades (10) mit von den übrigen Zähnen ab weichender Flankengeometrie derart angeordnet sind, da sich diese Zähne im Moment einer Lastspitze im Einlauf und/oder im Auslauf des Eingriffs mit dem Zahnriemen (14) bzw. der Kette befinden.
11. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da alle Zähne bzw. Kettenglieder gemä einem Belastungsverlauf über dem Umfang des Zahnrades (10) und/oder des Zahnriemens (14) bzw. der Kette entsprechend unterschiedliche Flankengeometrien aufweisen.
12. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da die unterschiedliche Flankengeometrie sowohl einem antreibenden wie auch einem angetriebenen Rad bzw. in deren Bereichen dem Zahnriemen oder der Kette zuge ordnet ist.
13. Zahnriemen oder Kettengetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, da die unterschiedlichen Flankengeometrien den Rädern derart zugeordnet sind, da die infolge des Betriebes auftretende Längenänderung des Zahnriemens oder der Kette und die damit verbundenen Teilungsfehler über jeweils mehrere Zahnflanken auf den Wert 0 oder nahezu 0 abgebaut werden.
14. Verwendung eines Zahnriemengetriebes nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche für eine Kurbelwelle eines Antriebsaggregat, insbesondere eines Kraft fahrzeuges.
15. Verwendung eines Zahnriemengetriebes nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche für einen SynchronZahnriemenantrieb in einem Antriebsaggregat eines Antriebsaggregat, insbesondere eines Kraftfahrzeuges.
16. Verwendung eines Zahnriemengetriebes nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche für eine Verteilereinspritzpumpe eines Antriebsaggregat, insbesondere eines Kraftfahrzeuges.
17. Verwendung eines Zahnriemengetriebes nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche für ein Transmissionssystem.
18. Verwendung eines Zahnriemengetriebes nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche für einen Nockenwellenantrieb eines Antriebsaggregates, insbesondere eines Kraftfahrzeuges.
19. Verwendung eines Zahnriemengetriebes nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche für einen Antrieb eines PumpeDüseDirekteinspritzsystems oder einer Hochdruckpumpe für CommonRailHochdruckeinspritzung eines Antriebsaggre gates, insbesondere eines Kraftfahrzeuges.
20. Verwendung eines Zahnriemengetriebes nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche für einen Fahrradantrieb.
Description:
Zahnriemen- oder Kettengetriebe Die Erfindung betrifft ein Zahnriemen- oder Kettengetriebe mit wenigstens einem Zahnrad und wenigstens einem Zahnriemen bzw. wenigstens einer Kette.

Die EP-O 255 333 B1 beschreibt zur Verbesserung von Lasteigenschaften eines Zahn- riemenantriebes einen Zahnriemen, dessen Zähne einen Zahnquerschnitt mit konvexer Kurve in Zykloidenform aufweisen. Insbesondere sich zyklisch wiederholende Spitzen- belastungen, wie beispielsweise in Nockenwellenantrieben im Moment des Zündens in einem entsprechenden Arbeitszylinder, führen zu vorzeitigem Verschlei und Beschädigun- gen des Zahnriemens. Bei wechselnder Belastung des Zahnriemenantriebes, insbesondere bei kurzzeitigen Lastspitzen, kommt es zu lokalen Überbelastungen, welche nur dadurch berücksichtigt werden können, da der gesamte Zahnriemen für die maximale Spitzenbe- lastung ausgelegt ist, unabhängig davon, wie oft oder in welchem Zeitintervall die Spitzenbe- lastung auftritt. Die Zahnriemenantriebe werden dadurch teuer und sind häufig für 95% oder mehr ihrer Betriebszeit bzw. ihres Betriebszyklus überdimensioniert oder müssen vorzeitig ausgetauscht werden.

Aus der DE-43 31 482 Al, der DE-29 06 619 B1 und der DE-31 09 172 C2 ist es bekannt, zur Reduzierung bzw. Vermeidung von Zahnriemen- bzw. Kettengeräuschen im Betrieb eines Rollenketten- oder Zahnriemengetriebes eine Zahnaufteiiung eines Zahnrades und entsprechend eine Kettengliederaufteilung einer Kette unregelmä ig auszubilden. Das Pro- blem kurzzeitiger Spitzenbelastungen kann dadurch jedoch nicht gelöst werden, da sich die Belastung des Zahnriemens lediglich durch unterschiedliche Aufteilung der Zähne nicht ver- ändert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zahnriemen- oder Ketten- getriebe der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die Belastbarkeit und die Lebensdauer verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemä durch Zahnriemen- oder Kettengetriebe der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Dazu ist es erfindungsgemä vorgesehen, da wenigstens ein Zahn des Zahnriemenrades und/oder wenigstens ein Zahn des Zahnriemens bzw. wenigstens ein Glied der Kette eine Flankengeometrie aufweist, weiche von der Flankengeometrie der jeweils übrigen Zähne abweicht. Dies hat den Vorteil, da einzelne Zähne des Zahnriemengetriebes so gestaltet sind, da Lastspitzen den Zahnriemen nicht zusätzlich belasten. Daher verringert sich ins- besondere für höchstbelastete Zahnriemengetriebe die Zahnriemenbelastung.

Eine besonders wirkungsvolle Entlastung bei Lastspitzen ergibt sich dadurch, da die Flankengeometrie bezüglich Vorder- und Hinterflanke des wenigstens einen Zahnes vom Zahnriemen und/oder Zahnrad bzw. des wenigstens einen Gliedes der Kette asymmetrisch ist.

Eine besonders einfacher Aufbau ist dadurch möglich, da der wenigstens eine Zahn vom Zahnriemen und/oder Zahnrad bzw. das wenigstens eine Glied der Kette eine steilere oder eine flachere Flankengeometrie aufweist oder einen grö eren oder kleineren Kopfradius hat oder da der wenigstens eine Zahn einen grö eren oder kleineren Fu radius hat.

In vorteilhafter Weise ist der wenigstens eine Zahn des Zahnriemens bzw. das wenigstens eine Glied der Kette mit von den übrigen Zähnen bzw. Gliedern abweichender Flankenge- ometrie derart angeordnet, da dieser Zahn oder dieses Glied im Moment einer Lastspitze mit wenigstens einem der Zahnräder in Eingriff ist, beziehungsweise ist der wenigstens eine Zahn des Zahnrades mit von den übrigen Zähnen abweichender Flankengeometrie derart angeordnet, da dieser Zahn im Moment einer Lastspitze mit dem Zahnriemen bzw. der Kette in Eingriff ist. In besonders vorteilhafter Weise befindet sich dieser Zahn bzw. dieses Kettenglied im Moment einer Lastspitze im Einlauf oder im Auslauf des Eingriffs mit wenig- stens einem der Zahnräder bzw. im Einlauf oder im Auslauf des Eingriffs mit dem Zahn- riemen bzw. der Kette. Dies erzielt eine optimale Wirkung der Entlastung zwischen Zahn- riemen bzw. Kette und Zahnrad.

Dadurch, da wenigstens zwei Zähne des Zahnriemens bzw. wenigstens zwei Glieder der Kette mit von den übrigen Zähnen bzw. Gliedern abweichender Flankengeometrie derart angeordnet sind, da sich diese Zähne oder diese Glieder im Moment einer Lastspitze im Einlauf und/oder im Auslauf des Eingriffs mit wenigstens einem der Zahnräder befinden, bzw. da wenigstens zwei Zähne des Zahnrades mit von den übrigen Zähnen abweichender Flankengeometrie derart angeordnet sind, da sich diese Zähne im Moment einer Lastspitze im Einlauf und/oder im Auslauf des Eingriffs mit dem Zahnriemen bzw. der Kette befinden, wird die Entlastung in vorteilhafter Weise noch weiter verbessert.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die individuell angepa te Zahnflankengeometrie sowohl an einem antreibenden wie auch an dem getriebenen Rad bzw. an den ent- sprechenden Stellen am Riemen oder der Kette vorgenommen werden. Bei einem Riemen- trieb beispielsweise zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle an einem Kraftfahr- zeug können z. B. sowohl an dem antreibenden, wie auch an dem angetriebenen Rad drei Zähne eine individuelle Flankengeometrie aufweisen, die derart ausgebildet ist, da die durch die ungleichmä ige Anregung entstehende Dehnung des Zahnriemens und die damit auftretenden Teilungsfehler kompensiert werden. Diese Teilungsfehlerkompensation kann über diese mehreren Zahnflankengeometrien abnehmend bis zu einem Wert 0 als Funktion der Dehnung abgebaut werden.

Das erfindungsgemä e Zahnriehmen- oder Kettengetriebe ist besonders vorteilhaft für den Antrieb eines Pumpe-Düse-Direkteinspritzsystemes oder einer Hochdruckpumpe für eine Common-Rail-Hochdruckeinspritzung eines Antriebsaggregates, insbesondere eines Kraft- fahrzeuges geeignet.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteiihafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen Zahnriemenanord- nung, Fig. 2 ein bevorzugte Ausführungsform eines Zahnrades gemä der vorliegenden Erfindung, Figs. 3a und 3b jeweils eine vergrö erte Ansicht eines Zahnes des Zahnrades im Bereich A und B von Figur 2, und Figs. 4a und 4b jeweils eine schematische Darstellung eines Belastungsverlaufes über die Zähne des Zahnrades von Figur 1 bzw. von Figur 2.

Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines herkömmlichen Zahnriemenantriebs mit einem Zahn- riemen 14, der mit Zähnen 1001 bis 1015 eines Zahnrades 10 kämmt. Im dargestellten Aus- führungsbeispiel wird das Zahnrad 10 von einer Kurbelwelle 12 einer Brennkraftmaschine angetrieben und betätigt über den Zahnriemen 14 eine nicht gezeigte Nockenwelle. Pfeil 16 gibt den Drehsinn des Zahnrades 10 an.

Der Zahn 1001 befindet sich im Einlauf und der Zahn 1015 im Auslauf des Eingriffs zwischen Zahnrad 10 und Zahnriemen 14.

Figur 2 zeigt eine vorteiihafte Ausführungsform eines Zahnrades 10, wobei die Figuren 3a und 3b jeweils vergrö erte Ansichten der Bereiche A und B von Figur 2 sind und die Flankengeometrie der jeweiligen Zähne 24 und 26 veranschaulichen. Die gestrichelte Linie stellt die Flankengeometrie der Zähne 24 und 26 dar, während die durchgezogene Linie die Flankengeometrie der übrigen Zähne zeigt. Dabei haben die Flanken 18 und 20 der Zähne 24 und 26 unterschiedliche Geometrien, so da sich am Einlauf und am Auslauf des Eingriffs zwischen dem Zahnrad 10 und dem Zahnriemen (nicht dargestellt) verminderte Belastungen ergeben. Mit anderen Worten haben die Zähne 24 und 26 eine asymmetrische Flankengeometrie.

Die Zähne 24 und 26 sind dabei so ausgewähit, da sie sich genau dann in der in Figur 2 dargestellten Position befinden, wenn eine Lastspitze durch Zünden in einem entsprechen- den Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine auftritt.

Die Figuren 4a und 4b veranschaulichen den Verlauf einer Flanken kraft am Zahn über den Zähnen 1001 bis 1015 des Zahnrades 10. Auf der x-Achse sind dabei jeweils die Zahnnum- mern 1001 bis 1015 und auf der y-Achse die Flankenkraft am Zahn aufgetragen. Die durch- gezogene Linie veranschaulicht den Flankenkraftverlauf bei normaler Belastung und die gestrichelte Linie den Verlauf bei Belastungsspitzen.

Figur 4a zeigt den Flankenkraftverlauf eines herkömmlichen Zahnrades, während Figur 4b den Verlauf für ein erfindungsgemä es Zahnrad 10 veranschaulicht. Es ergibt sich unmit- telbar, da im Bereich Flankenkraftspitzen bei den Zähnen 1001 und 1015 die Belastung bei dem erfindungsgemä en Zahnrad 10 geringer ist als bei einem herkömmlichen Zahnrad.

Diese verringerte Belastung bedingt einen geringeren Verschlei des Zahnriemens 14 bzw.

des Zahnrades 10 und führt zu längeren Standzeiten des Zahnriemenantriebes.

Es ist klar, da es vom Einzelfall des Einsatzes des Zahnriemen- bzw. Kettenantriebes ab- hängt, welche Zähne bzw. Kettengiieder mit geänderter Flankengeometrie ausgestattet werden, und wie diese veränderte Geometrie angeordnet wird. Beispielsweise sind unter- schiedliche Zähne für eine 4- oder eine 5-zylindrige Brennkraftmaschine entsprechend zu verändern.

Je nach dem, ob sich der oder die veränderten Zähne auf dem Zahnrad 10 und/oder dem Zahnriemen 14 befinden, ist das Zahnrad 10 oder der Zahnriemen 14 bzw. die Kette in einer genau vordefinierten Position zu montieren, so da im Betrieb der Brennkraftmaschine die geänderte Flankengeometrie in der korrekten zeitlichen Zuordnung, d.h. bei Belastungs- spitzen durch Zünden im jeweiiigen Zylinder, am Kurbelwellenrad 10 zum Tragen kommt.

Es können einzeine oder alle Zähne des Zahnrades 10 mit einer optimalen Geometrie ver- sehen werden. Bei bekanntem Belastungsverlauf über den Umfang von Zahnriemen 14 bzw.

Zahnrad 10 ist es ebenfalls möglich, da sich die Flankengeometrien über den Verlauf von Zahnriemen 14 bzw. Zahnrad 10 entsprechend ändern. Im Extremfall hat jeder Zahn eine andere Flankengeometrie.

Die Erfindung ist ferner nicht auf Antriebssysteme, wie in Figur 1 dargestellt, begrenzt.

Vielmehr kann es allgemein in Transmissionssystemen zu Belastungsspitzen kommen, die mit einer erfindungsgemä en Anordnung entsprechend ausgeglichen werden können, so z.

B. auch in Fahrradantrieben.