DE102005007819A1

DE102005007819A1 - Zahnrad für Kettenantriebe

Info

Publication number: DE102005007819A1
Application number: DE200510007819
Authority: DE
Inventors: Uli Sommer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2006-08-24

Abstract

Zahnrad für Kettenantriebe, wobei die Kontur der Zähne im Bereich des Zahnfußes und der Zahnflanke nahe dem Zahnfuß (2, 3) gegenüber der Kontur der Kettenrollen (2) bzw. gegenüber der gewönlichen Kontur von Kettenzahnrädern vertieft ist (3).

Description

Bekannt sind Kettenzahnräder, die eine modifizierte Formgebung haben, um erleichtertes Schalten bei Fahrradantrieben zu ermöglichen. Üblich sind sowohl schräggestellte Zähne, als auch Einprägungen an der Seitenflanke der Zähne, die die Form der Laschen der Kettenglieder aufweisen und das Klettern der Kette auf das nächstgrößere Ritzel erleichtern sollen.

Bei herkömmlichen Kettentrieben längt sich die Kette aufgrund von Verschleiß zwischen dem Bolzen und der Innenhülse, die die Innenlaschen verbindet und auf dem Bolzen verdrehbar lagert. In der Folge längt sich die gesamte Kette und somit auch der Abstand zwischen den zwei die Innenhülsen umfassenden Kettenrollen einer Außenlasche. Gleichzeitig verschleißt die sich längende Kette auch die Kettenzahnräder an den Anlageflächen der Zahnflanken. Dabei passen sich die Anlageflächen der verlängerten Kette in ihrer Form an. Solange die Kette in Gebrauch ist und sich der Verschleiß in Grenzen hält, entsteht dadurch kein Problem. Sobald jedoch die Kette gewechselt wird, führt die durch Verschleiß veränderte Form der Zahnflanken bei konstanter und geringer Vorspannung, wie sie beispielsweise bei Fahrrädern mit Kettenschaltung üblich ist zu Überspringen der Kette und verhindert eine zuverlässige Übertragung des Drehmoments durch die Kette auf das Abtriebskettenzahnrad. Bei festem Abstand von Antriebs- und Abtriebskettenzahnrad kann die Veränderte Kontur der Kettenzahnräder in Verbindung mit einer neuen Kette zu erhöhten Spannungen in der Kette bzw. Kräften auf die Ritzellagerungen führen. Durch den Verschleiß mit der gelängten Kette verschiebt sich die Kontur des Zahnes, der vom Zahnfuß bis zur Flanke weigehend der Kontur der Kettenrolle entspricht, nicht nur durch Drehung um die Kettenzahnradachse, sondern, gleichzeitig wächst auch der Abstand der Kontur zur Achse des Kettenzahnrades, entsprechend der Längung der Kette. Wird nun eine neue Kette auf dem alten Ritzel verwendet und wirkt eine Zugkraft der Kette auf das Kettenzahnrad, so rollt die Kettenrolle entlang der Kontur in Richtung der verschlissenen Zahnflanke. Dabei folgt die Kette auf der gesamten das Kettenzahnrad umschlingenden Länge der Kontur, so daß der Umschlingungsradius sich vergrößert. Mit dem Umschlingungsradius vergrößert sich auch der Abstand zwischen den Zähnen und die Anlagekraft verschiebt sich von den der Zugkraftseite nahen Zähnen im Eingriff zu Zähnen im Eingriff, die der entspannten Seite der Kette nahe liegen. Dabei werden bei dem angetriebenen Kettenzahnrad und bei konstanter und geringer Vorspannung die Kettenglieder daran Gehindert, in die Vertiefung zwischen den Zähnen zu gleiten. Dadurch springt dann die Kette über und eine unterbrechungsfreie Kraftübertagung ist nicht mehr möglich. Bei Kettenantrieben ohne Kettenspanner bzw. mit unnachgiebigem Kettenspanner und mit konstantem Abstand der Kettenzahnräder wird dann zwar ein Überspringen verbindet, aber der vergrößerte Radius des Ritzels bei Übertragung von Drehmomenten führt zu einer vergrößerten Kettenspannung, obwohl die Kette im entspannten Zustand locker gewesen mag.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch die Formgebung der Ritzel zu bewirken, daß bei einem Kettenwechsel ohne Wechsel der Ritzel keine Beeinträchtigung der Funktion, der Wirkungsgrade und des Kettenverschleißes eintritt, solange der Verschleiß der Zähne nicht den Querschnitt des Zahnfußes derart vermindert, daß die Festigkeit der Zähne gefährdet ist.

Dieses Ziel wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale erreicht.

Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 dargestellt.

Durch die Anmeldung wird eine Erhaltung der Funktionstücktigkeit des Kettenzahnrades trotz Verschleiß von Kette und Zahnrad erreicht. Bei einem Kettenwechsel treten keine Beeinträchtigungen durch überspringende Kette oder erhöhte Kettenkraft mehr auf, bis zum Erreichen einer konstruktiv festgelegten Verschleißgrenze.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Hilfe der 1 bis 4 erläutert:
1 zeigt ein Segment der Kontur eines Kettenzahnrades, auch Zahnrad, Kettenrad, Kettenblatt oder Ritzel genannt, bei dem die Kettenzugkraft im Uhrzeigersinn auf die Kontur der Zähne wirkt. Dünn gezeichnet ist die gewöhnliche Kontur 2 eines Kettenzahnrades, bei der zwei einander zugewandte Zahnflanken 1 über die Zahnfüße mit einem konstanten Radius verbunden sind, der um den Betrag eines sinnvollen Spiels größer ist, als der Radius der Kettenrollen, die darin aufgenommen werden. Dieser Konkave Radius wird nach außen bis zum Außendurchmesser des Zahnrades durch einen konvexen und tangentiell anschließenden Radius verlängert, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt des nächst liegenden konkaven Radius zwischen zwei zahnflanken übereinstimmt. Im Bereich des Zahnfußes ist gegenüber der Kontur 2 der bei Ketteneingriff aufliegenden Kettenrolle bzw. der Kontur herkömmlicher Kettenzahnräder eine Vertiefung 3 vorgesehen, die bis zum Beginn der Zahnflanke 1 einer Verdrehung der Kontur 2 der Kettenrolle in Richtung der auf den Zahn wirkenden Kraft und um die Achse des Kettenzahnrades entspricht. Der Übergang von Zahnfuß 2, 3 zu Zahnflanke 1 hat die Form einer Stufe von der verdrehten Kontur 3 der Kettenrolle im Bereich des Zahnfußes zur nicht verdrehten Kontur der Kettenrolle im Bereich der Zahnflanke 1.
2 zeigt eine gegenüber 1 modifizierte Kontur, bei der die Stufe zwischen Zahnfuß 3 und Flanke 1 in ihrer innenliegenden Ecke einen Radius 5 erhalten hat, zur Verringerung der Kerbspannungen am Übergang von Zahnfuß 3 zu Zahnflanke 1. Ferner ist am äußeren Zahnende eine Abflachung 4 vorgesehen, welche das Einfädeln der Kette bei verschlissenem Ritzel ermöglicht, ohne an der Spitze des Zahnes 4 hängen zu bleiben.
3 zeigt eine vereinfachte Formgebung, bei der im Zahnfuß 2 eine Vertiefung 6 mit einem konstanten Radius vorgesehen ist. Diese Formgebung vereinfacht die Herstellung, vermindert die Kerbspannung durch die Vertiefung und eignet sich in Einzelfällen auch zur nachträglichen Bearbeitung bereits in Gebrauch befindlicher Ritzel durch einen Schleifstein mit entsprechendem Radius.
4 zeigt ein herkömmliches Ritzel. mit typischer Kontur der Zähne nach Verschleiß mit einer gelängten Kette. Zu erkennen ist, daß sich die Kontur der Kettenrolle nicht nur um die Achse des Kettenzahnrades verdreht hat, sondern, daß gleichzeitig auch der Abstand der Kontur zur Achse des Kettenzahnrades gewachsen ist, entsprechend der Längung der Kette. Wird nun eine neue Kette auf dem alten Ritzel verwendet und wirkt eine Zugkraft der Kette auf das Kettenzahnrad, so rollt die Kettenrolle entlang der Kontur in Richtung der verschlissenen Zahnflanke (1). Dabei folgt die Kette auf der gesamten das Kettenzahnrad umschlingenden Länge der Kontur, so daß der Umschlingungsradius sich vergrößert. Mit dem Umschlingungsradius vergrößert sich auch der Abstand zwischen den Zähnen und die Anlagekraft verschiebt sich von den letzten Zähnen im Eingriff zu den ersten Zähnen im Eingriff. Dabei werden die Kettenglieder daran Gehindert, in die Vertiefung zwischen den Zähnen zu gleiten, sofern die Kettenlänge nicht fixiert ist, wie bei Fahrrädern mit Kettenschaltung und solange die Kettenspannung nicht ausreicht, um die Kettenrollen in die Vertiefungen zu drücken. Dabei springt dann die Kette über und eine unterbrechungsfreie Kraftübertagung ist nicht mehr möglich. Bei Kettenantrieben ohne Kettenspanner bzw. mit unnachgiebigem Kettenspanner und mit konstantem Abstand der Kettenzahnräder wird dann zwar ein Überspringen verbindet, aber der vergrößerte Radius des Ritzels bei Übertragung von Drehmomenten führt zu einer vergrößerten Kettenspannung, obwohl die Kette im entspannten Zustand locker gewesen mag.

Claims

Zahnrad für Kettenantriebe, wobei die Kontur der Zähne im Bereich des Zahnfußes und der Zahnflanke nahe dem Zahnfuß (2, 3) gegenüber der Kontur der Kettenrollen (2) bzw. gegenüber der gewönlichen Kontur von Kettenzahnrädern vertieft ist (3).
Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung auf der rückwärtigen Flanke der Zähne bzw. an der Rückwärtigen Kontur des Zahnfußes befindet.
Zahnrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Vertiefung (2) sich aus der Kontur der Kettenrolle ergibt, wenn diese in der Richtung der auf die Zähne wirkenden Kraft durch die Kette um die Achse des Kettenzahnrades um einen dem zu erwartenden Verschleiß entsrechenden Winkel verdreht ist und dass der Übergang von dem vertieften Zahnfuß (2) zur Zahnflanke (1) durch eine Stufe dargestellt ist.
Zahnrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe am Übergang vom vertieftem Zahnfuß (2) zur Zahnflanke (3) auf ihrer Innenecke einen Radius (5) aufweist.
Zahnrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Spitze (4) des Zahnes gegenüber der herkömmlichen Kontur von Kettenzahnrädern auf der Seite der Zahnflanke (1) abgeflacht bzw. zurückgenommen ist.
Zahnrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Vertiefung (3) im Zahnfuß einen konstanten Radius (6) aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß bei verschlissenen Ritzeln ohne Vertiefung im Zahnfuß diese Vertiefung nachträglich eingefügt wird, um die Verwendung einer neuen Kette zu ermöglichen.