Kettenantrieb – Wikipedia

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Kettenantrieb ist eine Möglichkeit, mechanische Kraft von einem Ort zum anderen zu übertragen. Es wird häufig verwendet, um Kraft auf die Räder eines Fahrzeugs zu übertragen, insbesondere auf Fahrräder und Motorräder. Es wird neben Fahrzeugen auch in einer Vielzahl von Maschinen eingesetzt.

Meistens wird die Kraft durch eine Rollenkette übertragen, die als Antriebskette oder Übertragungskette,[1] Über ein Kettenrad fahren, wobei die Zähne des Zahnrads mit den Löchern in den Gliedern der Kette in Eingriff stehen. Das Zahnrad wird gedreht, und dies zieht die Kette und übt mechanische Kraft in das System aus. Eine andere Art von Antriebskette ist die Morsekette, die von der Morse Chain Company in Ithaca, New York, USA, erfunden wurde. Dies hat Zähne umgedreht.[2]

Manchmal wird die Leistung durch einfaches Drehen der Kette ausgegeben, mit der Objekte angehoben oder gezogen werden können. In anderen Situationen wird ein zweites Zahnrad eingelegt und die Kraft wird durch Anbringen von Wellen oder Naben an diesem Zahnrad wiederhergestellt. Obwohl Antriebsketten oft einfache ovale Schleifen sind, können sie auch um Ecken gehen, indem mehr als zwei Zahnräder entlang der Kette platziert werden. Zahnräder, die das System nicht mit Strom versorgen oder nicht übertragen, werden allgemein als Laufräder bezeichnet. Durch Variieren des Durchmessers der Eingangs- und Ausgangszahnräder zueinander kann das Übersetzungsverhältnis geändert werden. Wenn sich beispielsweise das Zahnrad der Fahrradpedale einmal dreht, dreht sich das Zahnrad, das die Räder antreibt, um mehr als eine Umdrehung.

Geschichte[edit]

Die älteste bekannte Illustration eines endlos Kraftübertragungskettenantrieb aus Su Songs Buch von 1092 n. Chr., der seinen Glockenturm von Kaifeng beschreibt

Die älteste bekannte Anwendung eines Kettenantriebs erscheint in den Polybolos, die vom griechischen Ingenieur Philon von Byzanz (3. Jahrhundert v. Chr.) Beschrieben wurden. Zwei flach verbundene Ketten waren mit einer Ankerwinde verbunden, die beim Hin- und Herziehen automatisch die Pfeile der Maschine abfeuerte, bis das Magazin leer war.[3] Obwohl das Gerät keine kontinuierliche Leistung übertrug, da die Ketten “keine Leistung von Welle zu Welle übertragen haben und sich daher nicht in der direkten Abstammungslinie des eigentlichen Kettenantriebs befanden”,[4] Das griechische Design markiert den Beginn der Geschichte des Kettenantriebs, da “bis zum 16. Jahrhundert keine frühere Instanz einer solchen Nocke bekannt ist und keine so komplexe bekannt ist”.[3] Hier befindet sich die Flachgliederkette, die oft Leonardo da Vinci zugeschrieben wird.[5] machte tatsächlich seinen ersten Auftritt. “[3]

Der erste kontinuierliche und endlose Kraftübertragungskettenantrieb wurde in der schriftlichen uhrmacherischen Abhandlung der Song-Dynastie von dem mittelalterlichen chinesischen Polymath-Mathematiker und Astronomen Su Song (1020-1101 n. Chr.) Dargestellt, der damit die Armillarsphäre seiner astronomischen Uhr bediente Turm sowie die Clock Jack Figuren, die die Tageszeit durch mechanisches Schlagen von Gongs und Trommeln darstellen.[6] Der Kettenantrieb selbst wandelte die Drehbewegung in eine relineare Bewegung um und wurde über die hydraulischen Arbeiten des Wasseruhrtanks und des Wasserrads von Su angetrieben, wobei letzteres als großes Zahnrad fungierte.[7]

Alternativen[edit]

Riemenantrieb[edit]

Die meisten Kettenantriebssysteme verwenden Zähne, um Bewegungen zwischen der Kette und den Rollen zu übertragen. Dies führt zu geringeren Reibungsverlusten als Riemenantriebssysteme, die häufig auf Reibung angewiesen sind, um Bewegungen zu übertragen.

Obwohl Ketten stärker als Riemen gemacht werden können, erhöht ihre größere Masse die Trägheit des Antriebsstrangs.

Antriebsketten bestehen meist aus Metall, während Riemen häufig aus Gummi, Kunststoff, Urethan oder anderen Substanzen bestehen. Wenn die Antriebskette schwerer als ein gleichwertiger Antriebsriemen ist, hat das System eine höhere Trägheit. Theoretisch kann dies zu einem größeren Schwungradeffekt führen, in der Praxis macht die Trägheit des Riemens oder der Kette jedoch häufig einen kleinen Teil der gesamten Trägheit des Antriebsstrangs aus.

Ein Problem bei Rollenketten ist die Änderung der Geschwindigkeit oder des Anstiegs, die durch die Beschleunigung und Verzögerung der Kette verursacht wird, wenn sie das Kettenrad Glied für Glied umrundet. Es beginnt, sobald die Teilungslinie der Kette den ersten Zahn des Kettenrads berührt. Dieser Kontakt tritt an einem Punkt unterhalb des Teilkreises des Kettenrads auf. Wenn sich das Kettenrad dreht, wird die Kette bis zum Teilkreis angehoben und dann wieder abgesenkt, wenn die Kettenraddrehung fortgesetzt wird. Aufgrund der festen Teilungslänge schneidet die Teilungslinie des Glieds zwischen zwei Teilungspunkten auf dem Kettenrad über die Sehne und bleibt in dieser Position relativ zum Kettenrad, bis das Glied das Kettenrad verlässt. Dieses Ansteigen und Abfallen der Tonhöhenlinie verursacht einen Akkordeffekt oder eine Geschwindigkeitsänderung.[8]

Mit anderen Worten, herkömmliche Rollenkettenantriebe leiden unter Vibrationspotential, da sich der effektive Wirkradius in einer Kombination aus Kette und Kettenrad während der Umdrehung ständig ändert (“Akkordwirkung”).[9]). Wenn sich die Kette mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, müssen die Wellen ständig beschleunigen und abbremsen. Wenn sich ein Kettenrad mit konstanter Geschwindigkeit dreht, muss die Kette (und wahrscheinlich alle anderen Kettenräder, die es antreibt) ständig beschleunigen und abbremsen. Dies ist normalerweise bei vielen Antriebssystemen kein Problem. Die meisten Motorräder sind jedoch mit einer Hinterradnabe mit Gummibuchse ausgestattet, um dieses Vibrationsproblem praktisch zu beseitigen. Zahnriemenantriebe sollen dieses Problem begrenzen, indem sie mit einem konstanten Teilungsradius arbeiten[10]).

Ketten sind oft schmaler als Riemen, und dies kann es einfacher machen, sie in größere oder kleinere Gänge zu schalten, um das Übersetzungsverhältnis zu variieren. Davon profitieren Multi-Speed-Fahrräder mit Umwerfern. Das positivere Ineinandergreifen einer Kette kann es auch einfacher machen, Zahnräder zu bauen, deren Durchmesser sich vergrößern oder verkleinern kann, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis erneut ändert. Einige neuere Synchronriemen behaupten jedoch, “die gleiche Kapazität wie Rollenkettenantriebe bei gleicher Breite” zu haben.[11]

Beide können zum Bewegen von Objekten verwendet werden, indem Taschen, Eimer oder Rahmen daran befestigt werden. Ketten werden oft verwendet, um Dinge vertikal zu bewegen, indem sie in Rahmen gehalten werden, wie bei industriellen Toastern, während Bänder gut darin sind, Dinge in Form von Förderbändern horizontal zu bewegen. Es ist nicht ungewöhnlich, dass die Systeme in Kombination verwendet werden. Beispielsweise werden die Rollen, die Förderbänder antreiben, häufig selbst von Antriebsketten angetrieben.

Antriebswellen[edit]

Antriebswellen sind eine weitere übliche Methode, um mechanische Kraft zu bewegen, die manchmal im Vergleich zum Kettenantrieb bewertet wird. Insbesondere der Riemenantrieb gegenüber dem Kettenantrieb gegenüber dem Wellenantrieb ist für die meisten Motorräder eine wichtige Konstruktionsentscheidung. Antriebswellen sind tendenziell härter und zuverlässiger als Kettenantriebe, aber die Kegelräder haben weitaus mehr Reibung als eine Kette. Aus diesem Grund verwenden praktisch alle Hochleistungsmotorräder einen Kettenantrieb, wobei wellengetriebene Anordnungen im Allgemeinen für nicht sportliche Maschinen verwendet werden. Zahnriemenantriebe werden für einige (nicht sportliche) Modelle verwendet.

Verwendung in Fahrzeugen[edit]

Fahrräder[edit]

Der Kettenantrieb war das Hauptmerkmal, das das 1885 eingeführte Sicherheitsfahrrad mit seinen zwei gleich großen Rädern vom direkt fahrenden Hochrad oder Hochradfahrrad unterschied. Die Popularität des kettengetriebenen Sicherheitsfahrrads führte zum Niedergang des Hochrads und ist bis heute ein grundlegendes Merkmal des Fahrraddesigns.

Automobile[edit]

1906 Austin – Draufsicht

1906 Austin – Draufsicht

Viele frühe Autos verwendeten ein Kettenantriebssystem, das eine beliebte Alternative zum Système Panhard war (der ein starres Hotchkiss-Antriebssystem mit Universalgelenken verwendete). Eine übliche Konstruktion war die Verwendung eines Differentials in der Nähe der Fahrzeugmitte, das dann den Antrieb über Rollenketten auf die Hinterachse übertrug. Dieses System ermöglichte eine relativ einfache Konstruktion, die die mit dem Hinterradaufhängungssystem verbundene vertikale Achsbewegung aufnehmen konnte. Der Kettenantrieb führte auch zu einer geringeren ungefederten Masse an den Hinterrädern als der Hotchkiss-Antrieb (bei dem das Differential und die Hälfte der Antriebswelle zur ungefederten Masse beitragen), was zu einer größeren Wirksamkeit der Hinterradaufhängung und damit zu einer ruhigeren Fahrt führte.

Frazer Nash war ein starker Befürworter dieses Systems, das eine Kette pro Gang verwendete, die von Hundekupplungen ausgewählt wurde. Das Kettenantriebssystem von Frazer Nash (von Archibald Frazer-Nash und Henry Ronald Godfrey für die GN Cyclecar Company entwickelt) war sehr effektiv und ermöglichte eine extrem schnelle Gangwahl. Das Frazer Nash (oder GN) Getriebesystem bildete die Basis für viele “spezielle” Rennwagen der 1920er und 1930er Jahre. Das letzte beliebte Automobil mit Kettenantrieb war der Honda S600 der 1960er Jahre.[12]

Viele moderne Kolbenmotoren verwenden eine Rollenkette (als “Steuerkette” bezeichnet), um die Nockenwelle (n) anzutreiben, und ersetzen die früheren Konstruktionen von Stößelstangen oder gezahnten Zahnriemen. Für diese Anwendung halten Ketten länger, sind jedoch häufig schwerer zu ersetzen, da sie in einem Raum eingeschlossen sein müssen, in den Schmieröl eingeführt werden kann.

Das Verteilergetriebe in einem PKW oder leichten LKW ist eine weitere Anwendung, bei der Kettenantriebe verwendet werden.

Motorräder[edit]

Kettenantrieb versus Riemenantrieb oder die Verwendung einer Antriebswelle ist eine grundlegende Konstruktionsentscheidung bei der Motorradkonstruktion. Fast alle Motorräder verwenden eines dieser drei Designs.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Machinery’s Handbook (1996), S. 2337–2361. sfnp-Fehler: kein Ziel: CITEREFMachinery’s_Handbook1996 (Hilfe)
  2. ^ First Directory Ltd. “First Directory Ltd – 1. für Geschäftsinformationen”. 1stdirectory.com. Archiviert von das Original am 2007-11-27. Abgerufen 2008-02-01.
  3. ^ ein b c Werner Soedel, Vernard Foley: Alte Katapulte, Wissenschaftlicher AmerikanerVol. 240, Nr. 3 (März 1979), S. 124-125
  4. ^ Needham, Joseph (1986). Wissenschaft und Zivilisation in China: Band 4, Teil 2, Maschinenbau. Cave Books, Ltd. Seite 109.
  5. ^ Im 16. Jahrhundert fertigte Leonardo da Vinci Skizzen der scheinbar ersten eisernen Nadelkette an. Diese Ketten wurden wahrscheinlich entwickelt, um Zugkraft und nicht Wickelkraft zu übertragen, da sie nur aus Platten und Stiften bestehen und Metallbeschläge haben. Da Vincis Skizze zeigt jedoch ein Rollenlager. Tsubakimoto Chain Co., Hrsg. (1997). Der vollständige Leitfaden zur Kette. Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. 240. ISBN 0-9658932-0-0. p. 211. Abgerufen 17. Mai 2006.
  6. ^ Needham, Joseph (1986). Wissenschaft und Zivilisation in China: Band 4, Teil 2, Maschinenbau. Cave Books, Ltd. Seite 111, 165, 456–457.
  7. ^ Needham, Joseph (1986). Wissenschaft und Zivilisation in China: Band 4, Physik und physikalische Technologie, Teil 2, Maschinenbau. Taipei: Caves Books Ltd, S. 445 & 448, 469–471.
  8. ^ Dies liegt daran, dass Ketten eine Teilungslänge haben und sich nur am Teilungspunkt biegen können. Tsubakimoto Chain Co., Hrsg. (1997). Der vollständige Leitfaden zur Kette. Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. 240. ISBN 0-9658932-0-0. Abgerufen 24. März 2020.
  9. ^ 2.2.1 Akkordwirkung: Sie werden feststellen, dass die Position, in der die Kette und die Kettenräder einrasten, schwankt und die Kette mit dieser Schwankung vibriert. Tsubakimoto Chain Co., Hrsg. (1997). Der vollständige Leitfaden zur Kette. Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. 240. ISBN 0-9658932-0-0. Abgerufen 24. März 2020.
  10. ^ Bei Zahngurtsystemen erfolgt die Akkordwirkung jedoch wie bei Ketten durch Kreis und Sehne. Im Allgemeinen beträgt dieser Effekt weniger als 0,6 Prozent, aber in Kombination mit der Durchbiegung der Riemenscheibenmitte und Fehlern der Riemensteigung oder Riemenscheibensteigung kann er 2 bis 3 Prozent betragen. Tsubakimoto Chain Co., Hrsg. (1997). Der vollständige Leitfaden zur Kette. Kogyo Chosaki Publishing Co., Ltd. 240. ISBN 0-9658932-0-0. Abgerufen 24. März 2020.
  11. ^ “Poly Chain GT Carbon Riemen – Gates Corporation”. Gates.com.
  12. ^ “Honda packt große Ideen in den kleinen S600”. Petrolicious. Abgerufen 16. November 2019.

Literaturverzeichnis[edit]

  • Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H. (1996), Green, Robert E.; McCauley, Christopher J. (Hrsg.), Maschinenhandbuch (25. Aufl.), New York: Industrial Press, ISBN 978-0-8311-2575-2, OCLC 473691581.
  • Needham, Joseph (1986). Wissenschaft und Zivilisation in China: Band 4, Chemie und chemische Technologie, Teil 2, Maschinenbau. Taipei: Caves Books Ltd.
  • Sclater, Neil. (2011). “Ketten- und Riemenvorrichtungen und -mechanismen.” Mechanismen und mechanische Geräte Sourcebook. 5. Aufl. New York: McGraw Hill. S. 262–277. ISBN 9780071704427. Zeichnungen und Designs verschiedener Laufwerke.

Externe Links[edit]