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Technisches
Gebiet
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Diese
Offenbarung ist auf eine Torsionskupplung gerichtet. Insbesondere
ist diese Offenbarung auf einen Motor mit einer Torsionskupplung
gerichtet.
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Hintergrund
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Torsionsschwingungen,
die aus einer harmonischen Erregung des Motors resultieren, sind üblich und
führen
zu übermäßigem Geräusch und
verringerter Getriebelebensdauer, was wieder ein vorzeitiges Versagen
des Motors verursachen kann. Die harmonische Erregung wird durch
verschiedene Drehmomente erzeugt, die auf Komponenten in dem Motor
während
dem normalen Betrieb aufgebracht werden, wie beispielsweise auf
eine Kurbelwelle oder eine Nockenwelle. Beispielsweise wird ein
Drehmoment, das auf die Kurbelwelle aufgebracht wird, konstant variiert
zwischen einem hohen Drehmoment, wie beispielsweise wenn ein Kolben
die Kurbelwelle nach unten treibt und einem niedrigen Drehmoment, wie
beispielsweise wenn die Kurbelwelle den Kolben in einem Zylinderblock
nach oben treibt. Der große Bereich
von Drehmomenten, die an die Kurbelwelle angelegt werden, führt eine
harmonische Erregung und eine Torsionsschwingung im Motor ein.
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Einige
Systeme zur Verringerung von Torsionsschwingungen weisen träge Massen
auf, die aufgrund der Zentrifugalkraft im Allgemeinen um die Drehachse
der Kupplung mit der größtmöglichen
Distanz umlaufen würden.
Torsionsschwingungen, die auf die Kupplung aufgebracht werden, bewirken
eine pendelartige Relativbewegung der trägen Massen in der Kupplung.
Die Frequenz der Relativbewegung kann Widerstandsträgheitsmomente
vorsehen, oder kann eine effektive Isolation zur Verringerung der
Torsionsschwingungen vorsehen. Die Anwendung von trägen Massen
mit pendelartiger Relativbewegung in diesen Vorrichtungen sieht
eine Möglichkeit
der drehzahlempfindlichen Einstellung vor, die gestatten kann, dass
die Vorrichtungen entweder mit den harmonischen Schwingungen des
Motors mithalten oder diese vermeiden, wie erwünscht, wenn sich die Motordrehzahl
verändert.
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Das
US-Patent 6 067 876 offenbart ein System zur Dämpfung von Torsionsschwingungen
unter Verwendung von Walzenkörpern
als Kupplungselementen, die relativ zu einer Nabenscheibe, einem
primären
Flansch und einer Abdeckungsplatte bewegbar sind, die alle im Allgemeinen
parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Nabenscheibe weist Ausschnitte
auf, die sich in radialer Richtung erstrecken. Der primäre Flansch
und die Abdeckungsplatte weisen zusammenpassende Ausnehmungen auf,
die mit jedem Nabenausschnitt assoziiert sind. Der Ausschnitt und
die Ausnehmungen wirken als Führungspfade
für einen
Kupplungskörper,
der sich sowohl in dem Ausschnitt als auch in den Ausnehmungen bewegen
kann, was eine Auslenkung des Kupplungskörpers aufgrund von Torsionsschwingungen
gestattet, wodurch Vibrationen gedämpft werden. Jedoch können die
im Allgemeinen parallelen Platten, die im 876-Patent offenbart werden,
nicht positioniert werden, um leicht einer Abnutzung des Kupplungskörpers Widerstand
zu bieten, die als ein Resultat von durch Herstellung verursachten
Fehlausrichtungen auftreten kann. Dies kann wiederum die Lebensdauer
der Kupplung und darauf folgend des Motorsystems begrenzen.
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf ein System gerichtet, welches eine
Torsionsschwingungsdämpfung
bietet, während
es möglicherweise
die Beständigkeit
des Systems gegen Abnutzung steigert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt ist diese Offenbarung auf eine Torsionskupplung gerichtet.
Die Kupplung weist einen Körper
mit einem Umfang auf, der eine Mittelachse definiert. Der Körper ist
um die Mittelachse drehbar. Die Kupplung weist auch einen Ring auf, der
einen Innendurchmesser aufweist, der um den Umfang herum angeordnet
ist. Der Ring weist eine Ringkontaktfläche mit einem ersten Radius
auf und der Ring ist konfiguriert, um sich um die Mittelach se zu
drehen. Ein Kupplungselement ist mit dem Körper assoziiert und ist konfiguriert,
um eine Zentrifugalkraft radial nach außen vom Umfang des Körpers aufzubringen,
wenn sich der Körper
dreht. Das Kupplungselement weist eine Kupplungselementkontaktfläche mit
einem zweiten Radius auf, der ein anderer ist als der erste Radius
der Ringkontaktfläche.
Die Kupplungselementkontaktfläche
ist in Kontakt mit der Ringkontaktfläche und ist konfiguriert, um
eine Kraft gegen die Ringkontaktfläche aufzubringen, um den Ring
relativ zum Körper
zu drehen und die effektive Steifigkeit der Torsionskupplung zu
steigern, wenn die Drehzahl des Körpers zunimmt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist diese Offenbarung auf einen Motor gerichtet,
der einen Zylinderblock und einen Getriebestrang aufweist. Mindestens
ein Zahnrad des Getriebestrangs weist einen Körper mit einem Umfang auf,
der eine Mittelachse definiert. Der Körper ist um die Mittelachse
drehbar. Das Zahnrad weist auch einen Ring mit einem Innendurchmesser
auf, der um den Umfang herum angeordnet ist, und der eine Ringkontaktfläche mit
einem ersten Radius hat. Der Ring ist auch konfiguriert, um sich
um die Mittelachse zu drehen. Ein Kupplungselement ist mit dem Körper assoziiert
und ist konfiguriert, um eine Zentrifugalkraft radial nach außen vom Umfang
des Körpers
aufzubringen, wenn der Körper sich
dreht. Das Kupplungselement weist eine Kupplungselementkontaktfläche mit
einem zweiten Radius auf, der ein anderer ist als der erste Radius
der Ringkontaktfläche.
Die Kupplungselementkontaktfläche ist
in Kontakt mit der Ringkontaktfläche
und ist konfiguriert, um eine Kraft gegen die Ringkontaktfläche aufzubringen,
um den Ring relativ zum Körper
zu drehen und die effektive Steifigkeit der Torsionskupplung zu
steigern, wenn die Drehzahl des Körpers ansteigt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine bildliche Darstellung einer beispielhaften Arbeitsmaschine.
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2 ist
eine bildliche Darstellung eines Teils eines beispielhaften Motors,
der einen Antriebsstrang aufweist.
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3 ist
eine bildliche Darstellung einer Schnittansicht eines beispielhaften
Kurbelwellenrades.
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4 ist
eine bildliche Darstellung einer Seitenansicht des beispielhaften
Kurbelwellenzahnrades der 3.
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5 ist
eine bildliche Darstellung eines Zahnrings des beispielhaften Kurbelwellenzahnrades der 3.
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6 ist
eine bildliche Darstellung eines Kolbens des beispielhaften Kurbelwellenzahnrades
der 3.
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Detaillierte
Beschreibung
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Es
wird nun im Detail auf beispielhafte Ausführungsbeispiele Bezug genommen,
die in den beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen
Bezugszeichen in den gesamten Zeichnungen verwendet, um sich auf
dieselben oder die gleichen Teile zu beziehen.
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Ein
beispielhaftes Ausführungsbeispiel
einer Arbeitsmaschine 100 ist in 1 veranschaulicht. Die
beispielhafte Arbeitsmaschine 100 weist ein vorderes Ende 102,
einen Rahmen 104 und einen Nutzlastbehälter 106 auf. Das
vordere Ende 102 kann ein Motorabteil 108 und
eine Bedienerkabine 110 aufweisen. Das Motorabteil bzw.
der Motorraum 108 kann einen Motor, ein Getriebe und/oder
andere Komponenten aufnehmen, die verwendet werden, um die Arbeitsmaschine
mit Leistung zu versorgen. Die Bedienerkabine 110 kann
Steuerungen zum Betrieb und zum Antrieb der Arbeitsmaschine 100 aufweisen.
Der Motor im Motorabteil 108 kann Räder 112 in einer in der
Technik bekannten Weise antreiben, die am Rahmen 104 angebracht
sind.
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Der
Nutzlastbehälter 106 kann
mit dem Rahmen 104 durch Schwenken eines Körperträgers 114 verbunden
sein. Der Körperträger 114 kann
in der Nähe
des hinteren Endes des Nutzlastbehälters 106 gelegen
sein. Eine Betätigungsvorrichtung 116,
wie beispielsweise ein Hydraulikzylinder, kann sich zwischen dem
Rahmen 104 und dem Nutzlastbehälter 106 erstrecken
und kann betätigt
werden, um ein vorderes Ende des Nutzlastbehälters 106 anzu heben, um
den Nutzlastbehälter 106 um
den Körperträger 114 zu
schwenken, um eine Nutzlast abzuladen.
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2 zeigt
einen Endteil eines beispielhaften Motors 200. Der Motor 200 kann
der Motor im Motorraum 108 an der Arbeitsmaschine 100 der 1 sein.
Der Motor 200 weist einen Zylinderblock 202 und
einen Getriebestrang 204 auf. Der Zylinderblock 202 kann
in einer Weise konfiguriert sein, die, wie in der Technik bekannt
ist, Zylinder für
Kolben enthält,
die eine Kurbelwelle antreiben. Der Getriebestrang 204 weist
ein Kurbelwellenzahnrad 206, ein Mittellaufrad 208 und
Laufräder 210 auf.
Die Laufräder 210 können konfiguriert
sein, um ein (nicht gezeigtes) Nockenwellenrad am Oberteil des Zylinderblockes 202 anzutreiben.
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Das
Kurbelwellenzahnrad 206 ist genauer gezeigt und wird mit
Bezug auf die 3 und 4 beschrieben. 3 zeigt
eine teilweise quergeschnittene Frontansicht und 4 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht des Kurbelwellenzahnrades 206.
Das Kurbelwellenzahnrad 206 weist einen Zahnring 220 auf,
der um einen Träger 222 herum angeordnet
ist und konfiguriert ist, um sich um eine Achse 223 zu
drehen. Der Zahnring 220 und der Träger 222 sind so geformt,
dass sie sich relativ zueinander basierend auf Drehmomentbelastungen
drehen können.
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Der
Zahnring 220 kann Zähne 224 aufweisen,
die konfiguriert sind, um mit benachbarten Zahnrädern im Getriebestrang 204 der 2 in
Eingriff zu kommen und diese anzutreiben. Ein Teil des Zahnrings 220 ist
in 5 gezeigt. Mit Bezug auf 5 weist
der Zahnring 220 eine Innendurchmesserfläche 226 auf,
die konfiguriert ist, um um den Träger 222 herum zu passen.
Die Innendurchmesserfläche 226 weist
eine darin ausgeformte Passfedernut 227 auf. Die Passfedernut 227 kann
eine gekrümmte
Kontaktfläche 228 mit
einem voreingestellten Radius aufweisen. Wie in 3 gezeigt,
ist ein Stiftanschlag 231 in der Passfedernut 227,
wobei sich mindestens ein Teil über
die Kontaktfläche 228 erstreckt,
konfiguriert, um die Drehung des Zahnrings 220 um den Träger 222 zu
begrenzen, wie unten erklärt.
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Mit
Bezug auf die 3 und 4 kann der Träger 222 starr
mit einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle verbunden sein und integral
mit dieser ausgeformt sein, die sich in den Zylinderblock 202 der 2 erstreckt.
Der Träger 222 kann
einen Körper 229,
eine Kolbenanordnung 230 und einen Mittelstift 232 aufweisen.
Der Körper 229 kann
in einer in der Technik bekannten Weise ausgeformt sein und kann zusätzlich eine
Mittelbohrung 234 und sich radial erstreckende Kolbenbohrungen 236 aufweisen.
In dem gezeigten beispielhaften Ausführungsbeispiel weist der Körper 229 drei
Kolbenbohrungen 236 auf. Jedoch kann irgendeine Anzahl
von Kolbenbohrungen 236 in dem Körper 229 vorgesehen
sein. Ebenfalls erstrecken sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
die Kolbenbohrungen 236 radial nach innen von einem Außenumfang 237 des
Körpers 229 und
stellen eine Verbindung mit der Mittelbohrung 234 her.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Kolbenbohrungen 236 so geformt, dass sie einen
großen ersten
Durchmesser 238 besitzen, der sich radial nach innen vom
Umfang 237 erstreckt, und einen zweiten relativ kleineren
Durchmesser 239, der eine Verbindung mit der Mittelbohrung 234 herstellt.
Es sei jedoch bemerkt, dass die Kolbenbohrungen 236 keine
Verbindung mit der mittleren Bohrung 234 haben müssen, und
andere Konfigurationen haben können, als
die gezeigten.
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Die
Kolbenanordnungen 230 können
in den Kolbenbohrungen 236 angeordnet sein. Jede Kolbenanordnung 230 kann
eine Hülse 240,
einen Kolben 242, einen Stift 244 und eine Feder 246 aufweisen.
Die Hülse 240 ist
konfiguriert, um in die Kolbenbohrung 236 im Träger 222 zu
passen, und kann konfiguriert sein, um den Kolben 242,
den Stift 244 und die Feder 246 aufzunehmen. In
dem beispielhaften gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auskleidung bzw.
Hülse 240 eine
hohle rohrförmige
Struktur, die an jedem Ende offen ist und mit einem Profil ausgelegt
sein kann, das die großen
ersten und kleineren zweiten Durchmesser 238, 239 der
assoziierten Kolbenbohrung 236 nachformt. Die Hülse 240 kann
eine gehärtete
Oberfläche
haben, und der Boden der Hülse 240 kann
in die Kolbenbohrung 236 im Körper 229 geschraubt
sein. Eine Lippe 260 kann Mittel vorsehen, um die Komponente
zu strecken, so dass der Gewindeteil sich wahrscheinlich nicht löst. Die
Hülse 240 kann
in der Kolbenbohrung 236 unter Verwendung von irgendeinem
bekannten Verfahren gesichert sein, einschließlich beispielsweise einer
Presse oder einer Übergangspassung
und/oder eines Klebemittels. Alternativ kann die Hülse 240 lose
in die Kolbenbohrung 236 gepasst sein, wobei sie durch
den Zahnring 220 gehalten wird oder vollständig weggelassen
werden, wobei die Bohrung für
den Kolben direkt im Körper 229 ausgeführt ist.
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Der
Kolben 242 ist eine freies Gewicht, das konfiguriert ist,
um sich radial nach innen und nach außen in der Hülse 240 zu
bewegen und kann ausgeformt sein, um eine enges Spiel mit der Hülse 240 zu haben.
Die Masse des Kolbens 242 kann basierend auf dem Ausmaß der erwünschten
Verdrängung
bzw. Verschiebung, basierend auf dem zu übertragenden Drehmoment, basierend
auf der erwarteten Zahnraddrehzahl und basierend auf dem Durchmesser
des Körpers 229 ausgewählt werden.
Der Kolben 242 ist in der Hülse 240 angeordnet
und ist konfiguriert, um sich radial über den Außenumfang 237 des
Körpers 229 und
in die Passfedernut 227 des Zahnrings 220 zu erstrecken.
Somit arbeitet der Kolben 242 als Kupplungselement zwischen
dem Zahnring 220 und dem Körper 229. Der Kolben 242 weist
ein äußeres Ende 248 und
ein inneres Ende 250 mit einer Bohrung 252 im
inneren Ende auf, die konfiguriert ist, um den Stift 244 und
die Feder 246 aufzunehmen. Der Kolben 242 ist
genauer mit Bezug auf 6 gezeigt und beschrieben.
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Mit
Bezug auf 6 kann das äußere Ende 248 des
Kolbens 242 eine Kontaktfläche 254 aufweisen,
die konfiguriert ist, um in Kontakt mit der Kontaktfläche 228 der
Passfedernut 227 zu kommen. Es sei bemerkt, dass der Radius
der Kontaktfläche 254 im
Allgemeinen anders sein wird als die Kontaktfläche 228 der Passfedernut 227.
Somit ist die Kontaktfläche 254 des
Kolbens 242 konfiguriert, um die Kontaktfläche 228 der
Passfedernut 227 entlang einer Kontaktfläche zu berühren. Zusätzlich definiert
der Kolben 254 eine Kolbenachse 256 und ist dort
herum drehbar. Somit kann der Kolben 242 sich geringfügig in der
Hülse 240 drehen,
um im Wesentlichen den Linienkontakt mit der Ausnehmung 227 aufrecht
zu erhalten, was somit die größtmögliche Kontaktfläche zwischen
den zwei Kontaktflächen 228, 254 vorsieht.
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In
dem beispielhaften gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich
ein Durchlassweg 258 von der Bohrung 252 durch
die Kontaktfläche 254 des
Kolbens 242. Der Durchlassweg 258 gestattet, dass Öl von der
Bohrung 252 zur Kontaktfläche 254 fließt, welches
dazu dienen kann, die Kontaktflächen 254, 228 zu
schmieren, wodurch möglicherweise
Pitting bzw. Grübchenbildung
und Fressen reduziert wird. Zusätzlich
kann die Größe des Durchlassweges 258 so
ausgewählt
werden, dass diese eine Strömungsmitteldämpfung vorsieht,
und zwar durch Begrenzung des Flusses durch den Durchlassweg 258 zu
der Passfedernut 227 oder von dieser weg, während dynamischer
Oszillationen.
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Der
Stift 244 erstreckt sich von innerhalb der Bohrung 252 im
Kolben 242 zu einem Teil der Hülse, der in dem zweiten kleineren
Durchmesser 239 der Kolbenbohrung 236 angeordnet
ist. Der Stift 244 kann eine Schulter 262 aufweisen,
die einen inneren Teil des Kolbens 242 berührt, und
kann eine derartige Länge
haben, dass der Stift 244 die Radialbewegung des Kolbens 242 in
einer Richtung nach innen begrenzt, und zwar durch Berührung des
mittleren Stiftes 232, während der Kolben 242 in
der Passfedernut 227 gehalten wird.
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Die
Feder 246 ist konfiguriert, um eine Vorspannkraft zum Kolben 242 zu
liefern, und ist in der Bohrung 252 in dem Kolben 242 angeordnet.
Entsprechend ist der Kolben 242 radial nach außen relativ
zur Hülse 240 und
zum Körper 229 vorgespannt. Dies
hilft dabei, den Kolben 242 in der Passfedernut 227 vorzuspannen.
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Der
mittlere Stift 232 erstreckt sich von einer vorderen Stirnseite 264 des
Körpers 229 in
die mittlere Bohrung 234. Der mittlere Stift 232 ist
konfiguriert, um die mittlere Bohrung 234 zu füllen und
um den Weg des Stiftes 244 durch die Kolbenbohrung 236 in die
mittlere Bohrung 234 zu begrenzen. Der mittlere Stift 232 kann
konfiguriert sein, um von dem Körper 229 entfernt
zu werden, wenn es erwünscht
ist, den Zahnring 220 von Träger 222 zu entfernen.
Die Entfernung des mittleren Stiftes 232 gestattet, dass
der Stift 244 sich in die mittlere Bohrung 234 erstreckt, wodurch
die Gesamthöhe
der Kolbenanordnung 230 verringert wird. In einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel
kann Öl
durch die mittlere Bohrung 234 zu den Kolbenbohrungen 236 fließen, um
eine Schmierung und Kühlung
für die
Kolbenanordnung 230 und/oder den Zahnring 220 vorzusehen.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann
unter Druck gesetztes Öl
in die Kolbenbohrungen 236 geliefert werden, um eine radiale
Kraft aufzubringen, und zwar zusätzlich
zur Zentrifugalkraft. In diesem Ausführungsbeispiel können die
mittlere Bohrung 234 und die Kolbenbohrungen 236 in
Strömungsmittelverbindung
mit einer Quelle für
unter Druck gesetztes Strömungsmittel
sein. Das unter Druck gesetzte Strömungsmittel kann in die mittlere Bohrung 234 von
einer sich nicht drehenden Stelle eingespeist werden, wie beispielsweise
vom Zylinderblock 202 (2) oder
von einem anderen sich nicht drehenden Träger, und durch (nicht gezeigte) Lager,
die die Kurbelwelle 206 tragen. Der Strömungsmitteldruck kann gesteuert
und variiert werden, um einen Druck gegen den Kolben 242 aufzubringen.
Der Druck kann zusätzlich
zu der Zentrifugalkraft aufgebracht werden, die erzeugt wird, wenn sich
das Kurbelwellenzahnrad 206 dreht, um die Radialkraft und
die Gegenwirkung zwischen dem Kolben 242 und der Kontaktfläche 228 der
Passfedernut 227 zu steuern.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die
Kolbenanordnung 230 und der Zahnring 220 können dabei
helfen, die Erregung der harmonischen Schwingungen des Motors und
ihrer Begleitschwingungen und des Rauschens zu dämpfen, während eine Resonanz der Harmonischen
im Motor vermieden wird. Wenn das Kurbelwellenzahnrad 206 sich
dreht, treibt eine Zentrifugalkraft den Kolben 242, der
eine vorbestimmte Masse hat, nach außen in radialer Richtung. Die
Kontaktfläche 254 des
Kolbens 242 berührt
die Kontaktfläche 228 der
Passfedernut 227 im Zahnriemen 220. Weil die Radien
der Kontaktflächen 254, 228 abweichen,
ist der Kontakt ein Linienkontakt, der im Wesentlichen parallel
zur Drehachse 223 des Körpers 229 sein
kann. In 3 würde diese Kontaktlinie als
ein Kontaktpunkt erscheinen. Aus dieser Perspektive tritt der Kontaktpunkt
dort auf, wo die Kolbenkontaktfläche 254 und die
Passfedernutkontaktfläche 228 zusammenfallen und
tangential zueinander sind. Daher fallen der Kontaktpunkt, der Mittelpunkt
des Radius der Kolbenkontaktfläche 254 und
der Mittelpunkt des Radius der Passfedernutkontaktfläche 228 alle
auf die gleiche Linie. Irgendeine Relativbewegung zwischen dem Mittelpunkt
des Radius der Passfedernutkontaktfläche 228 und dem Mittelpunkt
des Radius der Kolbenkontaktfläche 254 definiert
dann eine pendelartige Bewegung des Kolbenflächenradiusmittelpunktes, um
den Passfedernutoberflächenradiusmittelpunkt, und
der Kontaktpunkt ist entlang der Linie gelegen, die sich durch die
zwei Mittelpunkte erstreckt. Die Gesamtkraft, die durch diesen Oberflächenkontakt übertragen
wird, kann entlang dieser Linie ziemlich groß sein. Daher ist relativ zur
Drehachse 232 der Kraftvektor, der zwischen dem Kolben 242 und
dem Zahnring 220 wirkt, aus einer Radialkomponente und einer
Tangentialkomponente zusammengesetzt, die, wenn sie kombiniert sind,
einen Gesamtkraftvektor erzeugen, der der oben beschriebenen Linie
folgt.
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Die
Zentrifugalkraft, die vom Kolben 242 aufgebracht wird,
steigt mit der Drehzahl im Quadrat. Dieser Radialkraft kann die
Kontaktlinie zwischen dem Kolben 242 und der Kontaktfläche 228 der
Passfedernut 227 im Zahnring 220 entgegen wirken.
Da die relativen Drehpositionen des Kolbens 242 im Körper 229 und
dem Zahnring 220 die Wirkungslinie des gesamten Kraftvektors
definieren, ist die Größe des Tangentialkraftvektors
im Wesentlichen proportional zum Radialkraftvektor für eine gegebene
relative Drehposition bei irgendwelchen Drehzahlen, wobei gilt,
dass je größer die
relative Verschiebung ist, desto größer der tangentiale Anteil
ist. Wenn entsprechend der Radius der Kontaktfläche eine Kraft gegen die andere
Kontaktfläche
aufbringt, erzeugen die unterschiedlichen Radien einen Tangentialkraftvektor, der
auch mit der Drehzahl im Quadrat ansteigt und das übertragene
Drehmoment erzeugt. Wenn wiederum das Drehmoment, das durch das
Zahnrad aufgebracht ist, immer noch größer ist als das erzeugte Drehmoment,
bewirkt das übermäßige Drehmoment, dass
sich der Zahnring 220 weiter relativ zum Körper 229 dreht,
was die Position der Kontaktlinie der Kontaktflächen 228, 254 verschiebt.
Wenn sich die Position der Kontaktlinie verschiebt, verschiebt sich
die Richtung des Gesamtkraftvektors, was den Anteil des Kraftvektors
steigert, der tangential ist und weiter das Reaktionsdrehmoment
steigert, das auf den Zahnring 220 aufgebracht wird. Wenn
die Zentrifugalkraft steigt, nimmt der Tangentialkraftvektor zwischen den
Kontaktflächen 254, 228 zu,
wodurch die effektive Steifigkeit der Koppelung zwischen dem Zahnring 220 und
dem Träger 222 gesteigert
wird. Es sei bemerkt, dass der Stiftanschlag 231 die Drehung
des Zahnrings 220 in umgekehrter Richtung einschränken kann,
und zwar durch effektives Blockieren der umgekehrten Bewegung des
Kolbens 242.
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Weil,
wie oben erklärt,
die Zentrifugalkraft mit der Drehzahl im Quadrat ansteigt, steigt
auch die effektive Steifigkeit mit der Drehzahl im Quadrat. Wenn man
Kupplungskomponenten mit festen Trägheitsmassen koppelt, hat dies
eine natürliche
Frequenz bzw. Eigenfrequenz zur Folge, die im Wesentlichen proportional
zur Drehzahl ist. Weil die Eigenfrequenz sich proportional zur Drehzahl
verändern
kann und weil die harmonischen Erregungsschwingungen des Motors
auch der Drehzahl folgen, kann die Kupplung ausgelegt sein, um im
Wesentlichen eine Resonanz der harmonischen Schwingungen im Motor
innerhalb der normalen Betriebsdrehzahlen des Motors zu vermeiden.
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Weil
der Kolben 242 zumindest geringfügig innerhalb der Hülse 240 um
die Kolbenachse 256 drehbar ist, kann die Kontaktlinie
zwischen der Kontaktfläche 254 des
Kolbens 242 und der Kontaktfläche 228 der Passfedernut 227 auf
einer maximalen Größe gehalten
werden. Dies kann wiederum die Abnutzung der Kontaktflächen 254, 228 reduzieren,
und zwar durch Verteilung der aufgebrachten Lasten entlang der Kontaktlinie.
Weil weiterhin der Kolben 242 sich geringfügig innerhalb
der Hülse 240 drehen kann,
kann die Kontaktfläche
leichter Unregelmäßigkeiten
oder nicht perfekte Ausbildungen der Kontaktflächen aufnehmen, während immer
noch im Allgemeinen die Kontaktlinie aufrecht erhalten wird.
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Der
Durchlassweg 258 kann auch dabei helfen, die Lebensdauer
des Zahnrings und des Kolbens zu verlängern, indem man gestattet,
dass die Kontaktflächen 228, 254 in
dem Strömungsmittel
untergetaucht werden. Wenn der Kolben 242 und der Zahnring 220 sich
drehen, zieht die Zentrifugalkraft Strömungsmittel durch den Durchlassweg 258 zur Passfedernut 227.
Das Strömungsmittel
schmiert die Kontaktflächen 228, 254,
wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Pittings bzw. einer Grübchenbildung und
von Ausbrüchen
reduziert wird. Weiterhin kann das Strömungsmittel in der Passfedernut 227 zusätzliche
Dämpfung
zwischen den Komponenten des Kurbelwellenzahnrades 206 vorsehen.
Um dies zu tun, kann die Größe des Durchlassweges 258 so ausgewählt werden,
dass sie den Strömungsmittelfluss
begrenzt. Entsprechend kann das Strömungsmittel in der Passfedernut 227 nicht
schnell von der Passfedernut 227 weg fließen, wenn
der Zahnring schwingt oder schwankt. Dieser begrenzte Fluss kann
die schnelle Bewegung des Kolbens 242 behindern und dadurch
die schnelle Relativbewegung des Zahnrings 220 gegenüber dem
Träger 222,
was die Dämpfung
vorsieht.
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Bei
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
wird unter Druck gesetztes Strömungsmittel
zu den Kolbenbohrungen 236 gespeist, um Druck gegen das
innere Ende 250 des Kolbens 242 vorzusehen, um
die Radialkraft zu steigern. Durch Variieren des Strömungsmitteldruckes
kann die Radialkraft gesteuert werden. Dies kann vorteilhaft sein,
wenn das Kurbelwellenzahnrad sich mit relativ niedrigen Drehzahlen
dreht, wo die Zentrifugalkraft vom Kolben 242 nicht hoch
genug sein kann, um die erwünschte Drehmomentkapazität vorzusehen.
Wenn daher die Radialkraft eine proportionale Tangentialkraft bei
einer gegebenen Auslenkung erzeugt, kann die effektive Torsionssteifigkeit
variiert werden durch Steuern des Öldruckes gegen das innere Ende
des Kolbens 242.
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Die
hier beschriebene Kupplung kann als ein tatsächlich Drehmoment übertragendes
Kupplungselement oder als eine eingestellte Dämpfungsvorrichtung für harmonische
Schwingungen angewandt werden. Als eine Dämpfungsvor richtung wirkt der äußere Ring
als eine träge
Masse, wobei die Kupplungskomponenten die erwünschten Steifigkeitscharakteristiken
bieten, die so eingestellt werden, dass sie mit der Drehzahl variieren.
Zusätzlich
ist das hier beschriebene Kupplungselement konfiguriert, um die effektive
Steifigkeit der Torsionskupplung zu vergrößern, wenn die Drehzahl des
Körpers
zunimmt. Diese Vergrößerung der
Steifigkeit mit der Drehzahl gestattet, dass das Getriebestrangsystem
eine signifikante Torsionsresonanz im Betriebsdrehzahlbereich vermeidet,
während
es effektiv die meisten harmonischen Schwingungen der Motorerregung
dämpft.
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Weil
die hier beschriebene Kupplung Getriebeschwingungen bzw. Zahnradschwingungen
und Motorgeräusche
verringert, gestattet sie, dass die Zahnräder mit weiter gefassten Spezifikationen
und mit anderen Materialien hergestellt werden, wodurch kostengünstigere
Teile mit einer längeren
Lebensdauer vorgesehen werden. Weiterhin könnte das Merkmal eines Verhaltens
einer Eigenfrequenz mit fester Ordnung bzw. Größe bei vielen Anwendungen verwendet
werden, wo Resonanzfrequenzen mit drehzahlabhängigen harmonischen Erregungsschwingungen über einem
großen
Drehzahlbereich vermieden werden sollten. Es sei jedoch bemerkt, dass
die offenbarte Kupplung nicht nur mit einem Getriebe verwendet werden
könnte,
sondern auch bei irgendeiner Kupplung verwendet werden könnte, wo Drehmoment
aufgebracht wird, die beispielsweise eine Kupplung oder eine Antriebslinie
oder einen Motortorsionsschwingungsdämpfer aufweisen.
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Obwohl
die Kupplung derart offenbart ist, dass sie an einem Motor für eine Arbeitsmaschine vorgesehen
ist, könnte
der Motor weiter bei irgendeinem Fahrzeug verwendet werden, was
Straßenlastwägen, Automobile,
Boote oder andere sich bewegende Fahrzeuge mit einschließt. Zusätzlich kann der
offenbarte Motor nicht mit einer Arbeitsmaschine sondern mit einem
stationären
Motor assoziiert sein, wie er beispielsweise zur Erzeugung von Leistung verwendet
werden kann.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an den offenbarten Ausführungsbeispielen vorgenommen
werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der
Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung
und der praktischen Ausführung
der hier offenbarten Erfindung offensichtlich. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden
Ansprüche
und ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.