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Diese
Erfindung betrifft das Dämpfen
von Vibrationen in Motorausgleichswellenantrieben. Die Erfindung
ist speziell anwendbar bei Steuer- und Ausgleichssystemen von Motorantrieben,
die von zwei Kettenrädern
angetrieben werden, welche benachbart zueinander auf einer rotierenden
Kurbelwelle angeordnet sind. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung
auf ein torsionsnachgiebiges und gedämpftes Kettenradsystem gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1 zum Absorbieren von Torsionsbelastungen und
zum Dämpfen
von Vibrationen, die von der Antriebswelle ausgehen.
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Motorsteuersysteme
besitzen typischerweise eine Endloskette, die um ein Antriebskettenrad
an einer Motorkurbelwelle und ein angetriebenes Kettenrad an einer
Motornockenwelle gewunden ist. Durch die Drehung der Kurbelwelle
wird eine Drehung der Nockenwelle über das Endloskettensystem bewirkt.
Ein zweites Kettenrad, das am der Kurbelwelle montiert ist, kann
Verwendung finden, um ein Ausgleichswellensystem unter Verwendung
einer separaten Endloskette anzutreiben.
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Bei
komplizierteren Motorsteuersystemen ist die Kurbelwelle mit zwei
oder mehr Wellen über
ein Paar von Ketten verbunden. Die Kurbelwelle besitzt zwei Kettenräder. Jede
Kette ist mit einem oder mehreren angetriebenen Kettenrädern einschließlich Kettenrädern auf
jeder der beiden obenliegenden Nockenwellen verbunden. Typischerweise
besitzen die Kettensysteme von komplizierteren Motorsteuersystemen
Spanner auf der durchhängenden
Seite einer jeden Kette, um die Kettenspannung aufrecht zu halten,
und Reibungsstoßdämpfer auf
der straffen Seite einer jeden Kette, um die Kettenbewegung während des
Betriebes zu steuern.
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Einige
Motorsteuersysteme besitzen zwei obenliegende Nockenwellen für jede Reihe
von Zylindern. Die beiden Nockenwellen einer einzigen Reihe können beide
durch Verbindung mit der gleichen Kette gedreht werden. Alternativ
dazu kann die zweite Nockenwelle über einen zusätzlichen
Nockenwellen-Nockenwellen-Kettenantrieb gedreht werden. Die Nockenwellen-Nockenwellen-Antriebskette
kann ferner einen einzigen Spanner oder zwei Spanner zur Kettensteuerung
aufweisen.
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Bei
einigen Motorsteuersystemen, wie bei denjenigen, die eine nicht
herkömmliche
Zündreihenfolge
für die
Zylinder besitzen, finden Ausgleichswellen Verwendung, um Motorvibrationen
auszugleichen. Diese Ausgleichswellen werden über eine Kettenverbindung von
der Kurbelwelle angetrieben. Wahlweise kann das Ausgleichswellenantriebssystem
dazu verwendet werden, um einen Hilfsantrieb, wie einen Kompressor
o.ä., zu
betätigen.
Da die Ausgleichswellen von der Kurbelwelle angetrieben werden,
können
Torsionsvibrationen und Schwingungen entlang der Kurbelwelle auf
die Ausgleichswellen und in entsprechender Weise über das
Steuersystem übertragen
werden.
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Bei
der sich drehenden Kurbelwelle können bei
bestimmten Frequenzen Resonanzerscheinungen auftreten. Da die Ausgleichswellen über die
Ausgleichswellenkette mit der Kurbelwelle verbunden sind, sind die
Ausgleichswellen diesen extremen Resonanztorsionsvibrationen direkt
ausgesetzt. Vibrationen aus der Resonanzkurbelwelle werden oft über das
System einschließlich
der Ausgleichswellen und der zugehörigen Motorelemente übertragen
und können
die auf die Systeme und Komponenten einwirkenden Belastungen in
signifikanter Weise erhöhen, das
Motorgeräusch
vergrößern und
den Verschleiß erhöhen sowie
die Ermüdung
der Ketten beschleunigen.
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Herkömmliche
Versuche zur Lösung
dieses Problems haben sich auf die Reduzierung von Rotationsstörungen der
Kurbelwelle mit Hilfe von inneren Vorrichtungen, wie entgegengesetzt
rotierenden Ausgleichswellen, Lanchaster-Dämpfern und Oberschwingungs-Ausleichseinheiten,
konzentriert. Es wurden auch externe Vorrichtungen, wie Fluid-Motormontageeinheiten
und Motormontageinheiten mit einstellbaren Dämpfungseigenschaften, verwendet.
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Im
Gegensatz dazu zielt die vorliegende Erfindung auf die Absorption
der Torsionsvibrationen einer Kurbelwelle unter Verwendung eines
torsionsnachgiebigen und gedämpften
Kettenradsystemes ab. Durch das torsionsnachgiebige und gedämpfte Kettenradsystem
wird die Übertragung
von derartigen Vibrationen und Drehmomentspitzen auf andere Teile
des Motorsystems minimiert. Bei dem torsionsnachgiebigen Kettenradsystem
sind elastische Elemente zwischen den Antriebskettenrädern, die
an der Kurbelwelle montiert sind, angeordnet, um Vibrationen zu
absorbieren und die Übertragung
der Kurbelwellenvibrationen zu verringern. Darüber hinaus sieht die vorliegende
Erfindung einen Dämpfungsmechanismus
vor, um zusätzlich
eine ausreichende Dämpfung
zum Verringern oder Eliminieren von Vibrationen, die auf Resonanzfrequenzen
im System zurückgehen,
vorzusehen.
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Bei
einigen Steuersystemen des Standes der Technik finden diverse Dämpfungsvorrichtungen Verwendung,
um das Vibrationsproblem zu lösen. Ein
Beispiel eines derartigen Systems des Standes der Technik verwendet
ein Dämpfungsteil
aus Gummi, das gegen ein Kettenrad angeordnet und mit der Welle
verbolzt ist, um Vibrationen zu absorbieren. Das Dämpfungsteil
aus Gummi kann jedoch aufgrund der extremen Resonanzvibrationen
zerbrechen. Bei anderen Steuersystemen findet ein Gewicht Verwendung,
das auf der Welle angeordnet ist und durch eine Tellerfeder gegen
das Kettenrad gehalten wird. Im Kontaktbereich zwischen dem Kettenrad
und dem Gewicht befindet sich Reibmaterial. Obwohl diese Systeme
eine wirksame Dämpfung
bewirken, haben sie Nachteile in bezug of die Herstellung, Montage
und Haltbarkeit. Eines dieser Systeme betrifft die Dämpfung eines
nachgiebigen Kettenrades.
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Ein
Beispiel der vorstehend beschriebenen Dämpfungstechniken des Standes
der Technik ist in der US-PS 4 317 388 (Erteilungstag 02. März 1982) offenbart.
In dieser Veröffentlichung
ist ein Zahnrad mit Spaltdämpfungsringen
mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als das Zahnrad,
beschrieben, wobei die Spaltringe an jeder Seite des Zahnrades mit
einer Einheit aus einem konischen Bolzen und einer Mutter verbolzt
sind. Durch das Anziehen des Bolzen wird der Dämpfungsring nach außen bewegt
und erzeugt einen Druck, der in Umfangsrichtung gegen den Rand des
Zahnrades wirkt und eine Zugbeanspruchung desselben verursacht.
Desweiteren werden durch das Anziehen der Bolzen die zur Bolzen-
und Muttereinheit gehörenden
Elastomerscheiben fest gegen den Steg des Zahnrades gepreßt, wodurch
die sich vom Rand durch den Steg in die Welle bewegende Beanspruchungswelle
gedämpft
wird. Im Gegensatz zu dieser Konstruktion des Standes der Technik
findet bei der vorliegenden Erfindung eine neuartige Anordnung von
Kettenrädern
Verwendung, um eine torsionsnachgiebige Kettenradeinheit zu erzeugen
und die Übertragung
von Vibrationen der Kurbelwelle auf andere Teile des Steuer- und
Ausgleichswellenantriebssystems des Motors zu verringern.
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Ein
anderes Beispiel des vorstehend beschriebenen Standes der Technik
ist in der US-PS 5 308 289 (Erteilungstag 03.05.1994) beschrieben.
Die in dieser Veröffentlichung
beschriebene Dämpfungsriemenscheibe
besteht aus einer Riemenscheibe, die mit einem Dämpfungsmassenelement mit einem elastischen
Gummielement verbunden ist. Die Riemenscheibe und das Dämpfungsmassenelement
besitzen jeweils mindestens zwei Vorsprünge, wobei die Vorsprünge der
Riemenscheibe die Seiten der Vorsprünge des Dämpfungsmassenelementes kontaktieren.
Ein zweites elastisches Gummielement ist zwischen den kontaktierenden
Vorsprüngen
angeordnet. Biegevibrationen von der Kurbelwelle bewirken, daß die Riemenscheibe
in radialer Richtung vibriert und sich das erste elastische Gummielement verformt,
wodurch der dynamische Dämpfer
mit der Riemenscheibe in Resonanz tritt und die Biegevibration beschränkt. Torsionsvibrationen
bewirken eine Vibration der Riemenscheibe in Umfangsrichtung. Das
zweite elastische Gummielement erfährt eine Kompressionsverformung,
wodurch die Federkraft verringert und die Resonanzfrequenz gegen
die Torsionsvibrationen angehoben wird. Ein nachgiebiges Verhalten
für ein
Kettenrad, das in einem Steuerantriebssystem oder Ausgleichswellenantriebssystem verwendet
wird, ist in dieser Veröffentlichung
nicht beschrieben. Die vorliegenden Erfindung vermeidet den Gebrauch
von Gummi, der im Gebrauch mit Verschleißproblemen behaftet ist.
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Ein
anderes Beispiel der Dämpfungstechnik des
Standes der Technik ist in der US-PS 4 254 985 (Erteilungstag 10.03.1981)
beschrieben. Diese Veröffentlichung
offenbart einen Dämpfungsring
für rotierende
Räder,
der ein viskoelastisches Dämpfungsmaterial
aufweist, das in einer Ringnut in der Oberfläche des Rades angeordnet ist.
Ein Metallring ist in der Nut auf der Oberseite des Dämpfungsmateriales angeordnet.
Im Betrieb erfährt
das Dämpfungsmaterial
eine Scherverformung. Diese Technik findet bei den Rädern von
Eisenbahnwaggons Verwendung, um Bremsgeräusche zu verringern.
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Noch
ein anderes Beispiel der Dämpfungstechniken
des Standes der Technik ist in der US-PS 4 139 995 beschrieben,
die einen Torsionsvibrationsdämpfer
mit hoher Durchbiegungsamplitude zur Verwendung in einer Torsionskupplung
zwischen einem Antriebselement und einem angetriebenen Element of fenbart.
Der Dämpfer
besitzt eine Nabe, die eine angetriebene Welle aufnimmt und gegenüberliegend angeordnete
Arme aufweist. Der Dämpfer
hat ein Paar von Ausgleichselementen mit entgegengesetzt verlaufenden
Armen, die an der Nabe gelagert sind. Ein Paar von Abdeckplatten
umschließt
die Einheit und besitzt darin ausgebildete integrierte Antriebseinrichtungen.
Eine Vielzahl von Druckfedern ist innerhalb der Platten zwischen
der Nabe und den Ausgleichsarmen angeordnet. Diese Technik findet
in der Kupplung eines Antriebszuges Verwendung, jedoch nicht bei
einem nachgiebigen Kettenrad.
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In
der GB-A-2334772 ist ein torsionsnachgiebiges Kettenradsystem für einen
Motor beschrieben, bei dem ein Ausgleichswellenantriebskettenrad an
einer Kurbelwelle benachbart zu einem Kurbelwellenantriebskettenrad
montiert ist, eine flache Spiraltorsionsfeder elastisch das Ausgleichswellenkettenrad
mit der Nockenwelle verbindet und ein Spaltreibring aus Nylon zwischen
der Feder und einer Innenfläche
des Ausgleichswellenantriebskettenrades angeordnet ist, um Vibrationen
zu dämpfen.
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Erfindungsgemäß ist ein
torsionsnachgiebiges Kettenradsystem für einen Motor dadurch gekennzeichnet,
daß das
Dämpfungselement
entweder (i) eine Tellerfeder, die zwischen der Kurbelwelle und dem
Ausgleichswellenkettenrad angeordnet ist, oder (ii) ein Paar von
Dämpfungsfedern
umfaßt,
das in einem Paar von Dämpfungsfedergehäusen im
Ausgleichswellenantriebskettenrad angeordnet ist und ein Paar von
Reibblöcken
gegen eine Reibfläche
auf einer Innenfläche
des Kurbelwellenantriebskettenrades vorspannt.
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In
einem Motorsteuer- und -ausgleichssystem verbindet eine Endloskette
ein Antriebskettenrad an der Kurbelwelle mit einem angetriebenen
Kettenrad an einer Nockenwelle. Durch die Drehung des Antriebskettenrades
wird die Kette vorbewegt, wodurch das angetriebene Kettenrad und
die Nockenwelle gedreht werden. Im Betrieb des Systems treten Torsionsvibrationen
auf und können
bei Resonanzbedingungen außerordentlich
schwerwiegend werden. Um diese Vibrationen zu verringern und die Übertragung
dieser Vibrationen auf andere Teile des Motors zu reduzieren, sieht
die vorliegende Erfindung eine torsionsnachgiebige Anordnung des
Kurbelwellenkettenrades in Verbindung mit dem Ausgleichswellenkettenrad
vor.
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Insbesondere
umfaßt
bei einer ersten Ausführungsform
das torsionsnachgiebige Kettenradsystem ein Ausgleichswellenantriebskettenrad
mit einem sich axial erstreckenden Element, das gegen einen im Kurbelwellenantriebskettenrad
ausgebildeten Einschnitt oder eine darin ausgebildete Ausnehmung stößt und hieran
angepaßt
ist. Die beiden Kettenräder
sind über
eine Vielzahl von Federn elastisch miteinander verbunden, wobei
die Federn die Kurbelwellenvibrationen absorbieren und die Übertragung dieser
Vibrationen auf die Ausgleichswelle verhindern.
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Anschlagblöcke sind
zwischen dem sich axial erstreckenden Element des Ausgleichswellenantriebskettenrades
und der Ausnehmung des Kurbelwellenantriebskettenrades vorgesehen,
um eine Beschädigung
der elastischen Elemente zu verhindern. Diese Anschlagblöcke können Verlängerungen
sein, die in den Wänden
der Ausnehmung ausgebildet sind und mit dem sich axial erstreckenden
Element in Eingriff treten, wenn sich das Ausgleichswellenantriebskettenrad
um mehr als einen vorgegebenen Betrag dreht.
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Wenn
das System mit seiner natürlichen
Frequenz erregt wird, können
große
Amplituden der Torsionsschwingung erzeugt werden, was dazu neigt, die
Wirksamkeit des nachgiebigen Kettenrades zu verschlechtern. Das
nachgiebige Kettenradsystem profitiert daher von der Hinzufügung eines
Dämpfungsmechanismus.
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Das
torsionsnachgiebige Kettenradsystem wird über Paar von Federn gedämpft, die
ein Paar von Metallblöcken
von einem Paar von Schlitzen oder Gehäusen, die im sich axial erstreckenden
Element des Ausgleichswellenantriebskettenrades ausgebildet sind,
nach außen
vorspannen. Die Metallblöcke
sorgen für
eine Reibungsdämpfung
für das
System, da sie gegen eine Fläche
des Reibmateriales gelagert sind, das auf der Innenseite des ausgenommenen
Abschnittes des Kurbelwellenkettenrades vorgesehen ist. Durch den
Dämpfungsmechanismus wird
eine ausreichende Dämpfung
erreicht, um die mit den Schwingungen bei natürlicher Frequenz verbundenen
Probleme zu beseitigen, während
immer noch die erforderliche Nachgiebigkeit im System aufrechterhalten
wird. Ein Computermodell, ein Prüftest und
ein Motortest haben gezeigt, daß die
Dämpfung ein
wirksames und erforderliches Mittel zum Eliminieren der großen Schwingungen
des nachgiebigen Kettenrades infolge von Systemresonanz ist.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
besitzt das torsionsnachgiebige Kettenrad ein erstes Antriebskettenrad,
eine planare Spiraltorsionsfeder und ein zweites Kettenrad, das
an der Kurbelwelle angeordnet ist und in Verbindung mit dem Motorausgleichsantriebssystem
verwendet wird. Die planare Torsionsfeder wird auf ihrer einen Seite
mit dem Antriebskettenrad und auf ihrer anderen Seite mit dem zweiten
Kettenrad in Anschlag gehalten. Die planare Torsionsfeder bewegt
sich jedoch unabhängig
von den beiden Kettenrädern.
Durch die Bewegung der planaren Torsionsfeder werden die Torsionsvibrationen
der Kurbelwelle absorbiert und wird ihre Übertragung auf die Spannung
der Ausgleichswellenkette und des Ausgleichswellenantriebes verringert.
Die planare Torsionsfeder dient dazu, das Antriebkettenrad von der
Ausgleichswelle zu isolieren, ohne die Integrität des Antriebs zu opfern. Obwohl
bei dieser bevorzugten Ausführungsform
die Feder planar ist, ist die Erfindung nicht auf eine derartige
Konstruktion beschränkt.
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Ein
Dämpfungsmechanismus
dient dazu, eine ausreichende Dämpfung
herbeizuführen
und die Probleme mit einer natürlichen
Resonanzfrequenz zu vermeiden, während
immer noch die erforderliche Nachgiebigkeit im System aufrechterhalten
wird. Bei dem Dämpfungsmechanismus
handelt es sich um eine Tellerfeder, die zwischen dem nachgiebigen
Kettenrad und der Kurbelwelle angeordnet ist und hierzwischen wirkt.
Obwohl viele Verfahren zur Bewirkung einer Dämpfung des Kettenrades akzeptabel sind
(wie beispielsweise in Zentrifugalrichtung inaktivierte Schuhe,
Gummi, elektromagnetische oder hydrodynamische Dämpfer), ist eine Reibungsdämpfung mit
einer von der Tellerfeder gelieferten Kraft in bezug auf Kosten
und Raum am wirksamsten.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen derselben in größeren Einzelheiten
anhand von Ausführungsbeispielen
der Erfindung beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt. Von den
Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Motorsystems, das das torsionsnachgiebige
Kettenradsystem der vorliegenden Erfindung enthält;
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2 eine
Seitenansicht des torsionsnachgiebigen Kettenradsystems der vorliegenden
Erfindung, wobei das Ausgleichswellenantriebskettenrad und das Kurbelwellenkettenrad
dargestellt sind, die miteinander verbunden sind;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Kurbelwellenkettenrades, das
im torsionsnachgiebigen Kettenradsystem der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Ausgleichswellenkettenrades,
das in Verbindung mit dem in 3 dargestellten
Kurbelwellenkettenrad verwendet werden kann;
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5 eine
schematische Ansicht, die das Kurbelwellenkettenrad und das Ausgleichswellenkettenrad
in einer Ausgangsposition zeigt;
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6 eine
schematische Ansicht, die die Federn zwischen dem Kurbelwellenkettenrad
und dem Ausgleichskettenrad zeigt, wobei das Ausgleichswellenkettenrad
relativ zum Kurbelwellenkettenrad gegen den Uhrzeigersinn bewegt
worden ist;
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7 eine
schematische Ansicht, die die Federn zwischen dem Kurbelwellenkettenrad
und dem Ausgleichswellenkettenrad zeigt, wobei das Ausgleichswellenkettenrad
relativ zum Kurbelwellenkettenrad im Uhrzeigersinn bewegt worden
ist;
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8 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht des torsionsnachgiebigen
Kettenrades der vorliegenden Erfindung;
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9 eine
auseinandergezogene Ansicht des torsionsnachgiebigen Kettenradsystems
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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10 eine
Draufsicht der in 9 gezeigten Ausführungsform,
wobei die Kettenradeinheit dargestellt ist; und
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11 eine
Schnittansicht entlang Linie 11-11 in 10, die
die torsionsnachgiebige Kettenradeinheit mit dem Tellerfeder-Dämpfungselement zeigt.
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Das
torsionsnachgiebige Kettenradsystem der vorliegenden Erfindung kann
in einem Steuerkettensystem für
mehrere Ach sen Verwendung finden, das schematisch in 1 gezeigt
ist. Bei den Kettenrädern
kann es sich entweder um einzelne Einheiten oder Kettenradpaare
handeln, wobei die Paare zueinander ausgerichtete Zähne oder
versetzte Zähne aufweisen
können,
die um einen Anteil eines Zahnes versetzt sind. Versetzte Kettenrad-
und Ketteneinheiten sind in der US-PS 5 427 580 beschrieben, die hiermit
durch Bezugnahme vollständig
in die vorliegende Offenbarung eingearbeitet wird.
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Die
Kurbelwelle 100 gibt Kraft über das Ausgleichswellenantriebskettenrad 102 und
das Kurbelwellenantriebskettenrad 104 ab. Das Kurbelwellenantriebskettenrad 104 überträgt die Last
oder die Kraft auf die Kette 106. Die Kette 106 bildet
den Primärantrieb
der beiden obenliegenden Nockenwellen 108 und 110.
Die Nockenwelle 108 besitzt ein Nockenwellenkettenrad 112.
Auch die Nockenwelle 110 besitzt ein Nockenwellenkettenrad 114.
Die Kette 106 treibt ferner eine querlaufende Welle 118 an,
da sie um das leerlaufende Kettenrad 116 gewunden ist und
hiermit treibend in Eingriff steht.
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Bei
dem zweiten Kettenrad 102, das an der Kurbelwelle 100 montiert
ist, handelt es sich um ein Ausgleichswellenkettenrad, das für eine Kraftübertragung über die
Kette 120 zu einem Paar von Ausgleichswellen 122, 124,
einer leerlaufenden Welle 126 und einem Zubehörantrieb 128,
beispielsweise einen Kompressor- oder Ölpumpenantrieb, sorgt. Die Kette 120 überträgt daher
die Kraft vom Ausgleichswellenantriebskettenrad 102 auf
ein erstes angetriebenes Ausgleichswellenkettenrad 130 und
ein zweites angetriebenes Ausgleichswellenkettenrad 132. Die
Kette treibt ferner das leerlaufende Kettenrad 134 auf
der leerlaufenden Welle 126 und das Zubehörantriebskettenrad 136 am
Zubehörantrieb 128 an.
Das Ausgleichswellenkettenantriebssystem kann anstelle der einzigen
Kette 120 auch ein Paar von Ketten aufweisen und anstelle
des einziges Kettenrades 102 ein Paar von Kettenrädern. Bei
einem derartigen System treibt eine Kette des Paares der Ketten
vorzugsweise das leerlaufende Kettenrad an, während die andere Kette des
Paares der Ketten den Zubehörantrieb
antreibt.
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Die
in 1 gezeigten Ketteneinheiten des Mehrachsen-Kettenantriebssystems
benutzen herkömmliche
Reibungsdämpfer
und Spannvorrichtungen (nicht gezeigt), um die Spannung aufrechtzuerhalten
und eine seitliche Steuerung in diversen Abschnitten des Kettenantriebes
durchzuführen.
Derartige Vorrichtungen sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Ketten
bekannt.
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Die 2–8 zeigen
ein torsionsnachgiebiges Kettenradsystem einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei dem das Kurbelwellenantriebskettenrad 2,
das die Nockenwellen antreibt, dem in 1 dargestellten
Kettenrad 104 entspricht. In entsprechender Weise entspricht
das Ausgleichswellenkettenrad 3, das die Ausgleichswellen
antreibt, dem Kettenrad 102 in 1.
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Wie
man den Figuren des torsionsnachgiebigen Kettenradsystems der vorliegenden
Erfindung entnehmen kann, zeigt 2 eine Seitenansicht
des torsionsnachgiebigen Kettenradsystem der Erfindung. Gemäß dieser
Figur ist das Ausgleichswellenantriebskettenrad 3 mit dem
Kurbelwellenantriebskettenrad 2a, 2b verbunden.
Die Kettenräder 2a, 2b bilden
ein Paar von Kettenrädern
mit zueinander ausgerichteten Zähnen.
Die Zähne
können
auch außer Phase
angeordnet sein, um Vorteile in bezug auf die Geräuschverringerung
zu erhalten. Ein Paar von Ketten oder eine Ketteneinheit findet
in Verbindung mit den Kettenrädern 2a, 2b Verwendung.
Aufgrund der geringeren Lastanforderungen des Ausgleichsantriebes
ist die Verwendung eines einzigen Kettenrades ausreichend. Die Einheit
der Kettenräder
ist am Ende einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) befestigt.
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Ein
Kurbelwellenantriebskettenrad 2, das bei einer Ausführungsform
des torsionsnachgiebigen Kettenradsystems der Erfindung Verwendung
findet, ist in 3 gezeigt. Bei diesem Kurbelwellenkettenrad
kann es sich um irgendein herkömmliches
Kettenrad mit Evolventenverzahnung oder um ein geteiltes Kettenrad
mit zwei Sätzen
von Zähnen
zum Kämmen
mit einer doppelreihigen Kette oder Ketteneinheit handeln. Die Kurbelwellenkettenräder 2a, 2b,
die aus Stahl bestehen, besitzen einen ausgeschnittenen Abschnitt 10 auf
der Seite des Kettenrades, die benachbart zum Ausgleichswellenantriebskettenrad montiert
wird. An der axialen Mitte des Kurbelwellenkettenrades befindet
sich eine mittlere axiale Öffnung 20,
so daß das
Kurbelwellenkettenrad an einer Kurbelwelle montiert werden kann.
Das Kurbelwellenkettenrad ist über
irgendwelche geeignete Befestigungsmittel, wie Schweißen, Keile
oder Keilnuten, fest an der Kurbelwelle angebracht.
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Eine
Kette ist um das Kurbelwellenantriebskettenrad gewunden, um die
Kurbelwelle treibend mit der Nockenwelle zu verbinden. Die Größe des Kettenrades
und dessen Abmessungen hängen
von der Systemkonfiguration und den Leistungsanforderungen ab.
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Der
ausgeschnittene Abschnitt 10 des Kurbelwellenkettenrades
ist prinzipiell ein kreisförmiger Ausschnitt
mit zwei versetzten dreieckförmigen
Vorsprüngen 11,
die sich nach innen in Richtung auf die Mittelachse der Kurbelwelle
erstrecken. Die Basis 12 eines jeden dieser dreieckförmigen Vorsprünge ist am
Umfang eines Kreises 14 angeordnet, der die Außengrenze
für den
ausgeschnittenen Abschnitt bildet, wobei der Scheitelwinkel 13 eines
jeden der dreieckförmigen
Vorsprünge
in Richtung auf die Mitte des ausgeschnittenen Abschnittes weist.
Die beiden dreieckförmigen
Vorsprünge
sind gegeneinander versetzt, so daß Sätze von Federn zwischen einem
entsprechenden passenden Abschnitt auf dem Ausgleichswellenantriebskettenrad
angeordnet werden können.
Der ausgeschnittene Abschnitt ist so dimensioniert, daß das Erstreckungelement
der Ausgleichswelle passend im ausgeschnittenen Abschnitt des Kurbelwellenkettenrades
mit Räumen
für die
Federsätze
gelagert ist.
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Der
ausgeschnittenen Abschnitt 10 kann irgendeine gewünschte Form
besitzen, unter der Voraussetzung, daß das Erstreckungselement des
Ausgleichswellenkettenrades komplementär ausgebildete Ausschnitte
besitzt, so daß das
Erstreckungselement des Ausgleichswellenkettenrades in den ausgeschnittenen
Abschnitt mit dreieckförmigen
Vorsprüngen
des Kurbelwellenkettenrades eingepaßt ist.
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Positionsanschläge 15 sind
auf beiden Seiten der dreieckförmigen
Abschnitte entlang der Innenfläche
des Aufnahmeab schnittes oder Kreises 14 ausgebildet. Sie
können
mit entsprechenden Flächen in
Eingriff treten, die auf den ausgeschnittenen Abschnitten des Erstreckungselementes
am Ausgleichswellenkettenrad ausgebildet sind, wenn sich das Ausgleichswellenkettenrad
im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um eine vorgegebene Strecke
relativ zum Kurbelwellenkettenrad bewegt. Dies verhindert eine Überdrehung
des Ausgleichswellenkettenrades und verringert die Möglichkeit
einer Beschädigung
der elastischen Elemente oder Federn.
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Wie
in 4 gezeigt, findet das Ausgleichswellenkettenrad 3 in
Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform des Kurbelwellenkettenrades
Verwendung. Das Ausgleichswellenkettenrad kann irgendein herkömmliches
Kettenrad mit Evolventenverzahnung sein oder von einem Paar von
geteilten Kettenräder
gebildet werden. Das Ausgleichswellenkettenrad, das aus Stahl besteht,
besitzt ein Erstreckungselement 4. Dieses Erstreckungselement 4 des
Ausgleichswellenkettenrades ist ein sich axial erstreckendes Element.
Das sich axial erstreckende Element 4 besitzt zwei Sätze von Ausschnitten 21, 22,
die diametral gegenüberliegend,
jedoch versetzt zueinander angeordnet sind. Die Ausschnitte auf
dem sich axial erstreckenden Element des Ausgleichswellenkettenrades
sind so ausgebildet, daß das
sich axial erstreckende Element des Ausgleichswellenantriebskettenrades
in den ausgeschnittenen Abschnitt des Kurbelwellenantriebskettenrades
eingreift.
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Um
bei der vorliegenden Erfindung Ausführungsform ein Eingreifen in
den ausgeschnittenen Abschnitt des Kurbelwellen kettenrades mit den
dreieckförmigen
Vorsprüngen
zu erreichen, wie in 3 gezeigt, ist jeder Satz von
Ausschnitten am sich axial erstreckenden Element in der Form von
zwei Dreiecken ausgebildet, die miteinander an der Basis verbunden
sind, wobei sich der Scheitelwinkel eines jeden Dreiecks zur Mittelachse
des Erstreckungselementes des Ausgleichswellenkettenrades erstreckt. Wenn
das Erstreckungselement des Ausgleichswellenkettenrades in der Draufsicht
betrachtet wird, ist jeder Satz der Ausschnitte im wesentlichen
in Zickzack-Form oder in der Form eines „W" ausgebildet.
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Das
sich axial erstreckende Element 4 besitzt ein Paar von
Dämpfungsfedergehäusen 7,
die gegenüberliegend
und zwischen den beiden Sätzen von
Ausschnitten 21, 22 ausgebildet sind. Die Dämpfungsfedergehäuse sind
Schlitze, die sich zum Außenumfang
des axialen Elementes 4 öffnen.
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Wenn
das Kurbelwellenantriebskettenrad 2 und das Ausgleichswellenkettenrad 3 zusammengebaut
werden, wird das Erstreckungselement des Ausgleichswellenkettenrades
in den ausgeschnittenen Abschnitt des Kurbelwellenkettenrades eingepaßt und wirken
die beiden zusammen, wie am besten in 5 gezeigt.
Die Ausschnitte am sich axial erstreckenden Element des Ausgleichswellenkettenrades
bilden in Verbindung mit den ausgeschnittenen Abschnitten des Kurbelwellenkettenrades
ein Gehäuse 5 für das elastische
Element 6 zwischen dem Kurbelwellenkettenrad und dem Ausgleichswellenkettenrad.
Generell handelt es sich bei dem elastischen Element 6 um
irgendeine Art des elastischen Elementes. Beispielsweise können als
elastisches Element Federn Verwen dung finden, wenn diese Federn
zwischen den Ausschnitten des sich axial erstreckenden Elementes 4 des
Ausgleichswellenkettenrades 3 und dem Ausschnitt 10 des
Kurbelwellenkettenrades 2 angeordnet sind. Als elastisches
Element 6 können
auch diverse Elastomermaterialien Verwendung finden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind vier Federn 6 komprimiert und in das Gehäuse 5 vorgespannt,
das zwischen dem ausgenommenen Abschnitt 10 des Kurbelwellenkettenrades 2 und
dem Erstreckungselement 4 des Ausgleichswellenkettenrades 3 ausgebildet
ist. Das elastische Element 6 dient auch dazu, das Ausgleichwellenkettenrad 3 um die
Kurbelwelle herum zu zentrieren.
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Dämpfungsfedern 8 sind
in Dämpfungsfederschlitzen
oder Gehäusen 7 angeordnet
und spannen Blöcke 9 gegen
die kreisförmige
Fläche 12 vor. Die
kreisförmige
Fläche 12 besteht
aus einem Material oder ist mit einem Material beschichtet, das
Reibung erzeugt, wenn sich die Blöcke 9 über die
Fläche 12 bewegen,
wenn sich das Erstreckungselement 4 innerhalb der Ausnehmung 10 dreht.
Durch die Reibung zwischen den Blöcken 9 und der Fläche 12 wird ein
Dämpfungseffekt
zwischen den Kettenrädern 2 und 3 erzeugt.
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Die
torsionsnachgiebige Kettenradeinheit sieht ferner einen Positionsanschlag 15 vor.
Da ein Satz der Federn 6 während der Relativbewegung in einer
Richtung komprimiert werden kann, wird die Bewegung der beiden Kettenräder relativ
zueinander gestoppt, wenn die Anschläge 15 eine entsprechende
Fläche
des Erstreckungselementes 4 kontaktieren. Eine Relativbewegung
in der entgegengesetzten Richtung wird eben falls durch die Positionsanschläge begrenzt,
die in die entgegengesetzte Richtung weisen, und wird durch die
Kompression des anderen Satzes der Federn unterstützt.
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Wenn
sich im Betrieb das Ausgleichswellenkettenrad relativ zum Kurbelwellenkettenrad
dreht, werden zwei der Federn in der Federeinheit komprimiert, während die
beiden gegenüberliegenden
Federn gedehnt werden. Die Kettenräder sind in ihren Ausgangszuständen ohne
eine Relativbewegung dazwischen in der schematischen Darstellung
der 5 gezeigt. 6 zeigt
eine schematische Darstellung des Ausgleichswellenkettenrades 3,
das sich gegen den Uhrzeigersinn (in Richtung des Pfeiles) relativ
zum Kurbelwellenkettenrad bewegt hat, wobei die Kompression der
zwei gegenüberliegenden
Federn 6a und die Dehnung der anderen beiden gegenüberliegenden
Federn 6b dargestellt ist. 7 zeigt die
Bewegung im Uhrzeigersinn (in Richtung des Pfeiles) des Ausgleichswellenkettenrades 3 relativ zum
Kurbelwellenkettenrad 2. Federn absorbieren die Torsionsvibrationen
der Kurbelwelle, die desweiteren durch den Dämpfungsmechanismus 7, 8, 9 und 12 gedämpft werden,
und verhindern ihre Übertragung
auf andere Teile des Motorsystems.
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8 zeigt
eine auseinandergezogene Ansicht der Art und Weise, wie die beiden
Kettenräder 2, 3 zusammengepaßt sind.
Es ist die Orientierung der elastischen Elemente 6 und
der Dämpfungsfedern 8 sowie
die Lage der Blöcke 9 an
einem äußeren Ende
an den Dämpfungsfedern 8 gezeigt.
Der Erstreckungsabschnitt 4 des Ausgleichswellenantriebskettenrades 3 befindet
sich auf einer Fläche
des Kettenrades 3 benachbart zum Kurbelwellenkettenrad 2.
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Die 9, 10 und 11 zeigen
eine zweite Ausführungsform
des torsionsnachgiebigen Kettenradsystems mit Kurbelwellenantriebskettenrädern 202a und 202b.
Die Kettenräder 202a und 202b entsprechen
dem Kettenradpaar 104, das in 1 gezeigt
ist. Das Kurbelwellenantriebskettenrad 203 treibt die Ausgleichswellen
an. Das Kettenrad 203 entspricht dem Kettenrad 102 in 1.
Die Kettenräder
sind schematish in 9 ohne die einzelnen Kettenradzähne dargestellt.
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Bei
den Kurbelwellenkettenrädern 202a und 202b kann
es sich um herkömmliche
Kettenräder
mit Evolventenverzahnung handeln. Die Antriebskurbelwellenkettenräder sind
in einer Nabe 230 montiert. Die Kettenräder 202a, 202b sind über irgendwelche Befestigungsmittel,
wie Schweißen,
Keile oder Keilnuten, in geeigneter Weise an der Nabe 230 montiert. Ein
Paar von Ketten ist auf den Zähnen 232, 234 der Kettenräder 202a, 202b angeordnet
und verbindet die Kurbelwelle mit den Nockenwellen. Die Größe und die
Abmessungen des Antriebskettenrades hängen vom Motor und der Konfiguration
des Systems ab.
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Die
torsionsnachgiebige Kettenradeinheit besitzt desweiteren ein Ausgleichswellenantriebskettenrad 103,
das ebenfalls an der Nabe 230 montiert ist. Dieses Ausgleichswellenantriebskettenrad 203 kann
ebenfalls irgendein herkömmliches
Kettenrad mit Abmessungen, die von der Systemkonfiguration und den
Leistungsanforderungen abhängen,
sein. Dieses Kettenrad ist ebenfalls an der Nabe 230 montiert
und besitzt eine mittlere Öffnung 236,
um die Verbindung der Nabe und Kettenradeinheit mit der Kurbelwelle
zu ermögli chen.
Das Ausgleichswellenkettenrad 203 ist über irgendwelche geeignete
Befestigungsmittel, wie Schweißen,
Keile oder Keilnuten, an der Nabe 230 montiert. Eine Kette
ist auf den Zähnen 238 des
Kettenrades 203 angeordnet und bildet eine Antriebsverbindung
der Kettenräder
an den Ausgleichswellen.
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Wie
in 9 gezeigt, ist die planare Torsionsfeder 240 so
dimensioniert, daß sie
zwischen das Ausgleichswellenkettenrad 203 und die Nabe 230 paßt. Die
planare Torsionsfeder kann sich unabhängig von den beiden Kettenrädern bewegen.
Sie dient zur Absorption der Vibrationen und der Torsionskräfte von
der Kurbelwelle.
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Die
planare Torsionsfeder 240 kann in irgendeiner Weise um
die Kurbelwelle montiert sein, wenn sie zwischen dem Kettenrad und
der Nabe angeordnet ist. Vorzugsweise ist die planare Torsionsfeder
in kreisförmiger
Weise spiralförmig
um die Kurbelwelle gewunden. Ein erstes Ende 242 der planaren
Torsionsfeder 240 ist über
irgendwelche bekannten Einrichtungen am Ausgleichswellenkettenrad
befestigt, ist jedoch bei einem Beispiel in den in der Seite des
Kettenrades ausgebildeten Schlitz 244 eingepaßt. Das
zweite Ende 246 der planaren Torsionsfeder 240 ist
in einen in der Nabe 230 ausgebildeten Schlitz 248 eingepaßt, wie
in 9 gezeigt.
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Ein
anderes Beispiel der Befestigung der Feder 240 (gestrichelt
dargestellt) ist in 10 gezeigt. Hierbei ist ein
Ende der Feder 240 an der Seite des Kettenrades 203 über ein
Paar von Nieten 260, 262 befestigt. Das andere
Ende der Feder 240 ist im in der Nabe ausgebildeten Schlitz 248 über einen
einzigen Niet 264 fixiert. Durch das Nieten der Enden der Feder
wird verhindert, daß die
Feder lose in den Schlitzen vibriert, wodurch Geräusche reduziert
werden und die Funktion der Feder verbessert wird.
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Im
Betrieb der torsionsnachgiebigen Kettenradeinheit absorbiert die
planare Torsionsfeder Torsionschwingungen von der Kurbelwelle während der Drehung
derselben. Ohne die Feder 240 werden Vibrationen in der
Kurbelwelle von dieser über
die Nabe und die Kettenräder
auf die Ketten, Ausgleichswellen und ihre Komponenten übertragen.
Die Torsionsfeder verformt sich und ermöglicht eine gewisse Relativdrehung
zwischen dem Ausgleichswellenkettenrad 203 und der Nabe 230.
Somit muß das
Kettenrad 203 so an der Nabe montiert sein, daß es eine
gewisse Relativdrehung ermöglicht.
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11 zeigt
das Dämpfungselement
oder die Tellerfeder 250, die in der mittleren Öffnung 236 angeordnet
ist. Die die Nabe 230, die Kettenräder 202, 203,
die planare Feder 240 und die Tellerfeder 250 enthaltende
Einheit ist als Einheit mit der Kurbelwelle verbunden. Die Kurbelwelle
ist mit der Einheit über
die mittlere Öffnung
verbunden, die bewirkt, daß die
Tellerfeder auf einer Seite auf der Kurbelwelle und auf der anderen
Seite auf dem Nockenwellenantriebskettenrad 203 lagert.
Im Betrieb dämpft
das Dämpfungslement 250 reibend
die Bewegung zwischen dem Kettenrad 203 und der Kurbelwelle.
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Obwohl
vorstehend spezielle Ausführungsformen
und Beispiele beschrieben wurden, versteht es sich, daß diese
nur zu Erläuterungs-
und Darstellungszwecken dienen und daß die vor liegende Erfindung
nur durch die Patentansprüche
begrenzt wird.