-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung betrifft ein Kettenantriebssystem, bei dem sich eine Kette
in kämmendem Eingriff mit einem antreibenden und einem
angetriebenen Kettenrad befindet, um Drehmoment zu übertragen,
und insbesondere einen Mechanismus zum Reduzieren des Einflusses
von Spannungsschwankungen der Kette und zum Reduzieren von Vibrationen und
Geräuschen.
-
Die
vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung 2008-323907 ,
die am 19. Dezember 2008 eingereicht wurde. Die Offenbarung dieser
japanischen Patentanmeldung 2008-323907 wird
hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Wie
in 5 dargestellt, überträgt eine
Steuerkettenantriebseinheit 500 in einem Verbrennungsmotor
mit zweifach oben liegenden Nockenwellen (DOHC) Kraft mit Hilfe
einer Kette CH von einem antreibenden Kettenrad 550 auf
angetriebene Kettenräder 560 und 570,
die Nockenwellen für die Steuerung von Einlass- und Auslassventilen
in einem Zylinderkopf antreiben. Eine schwenkbar gelagerte schlaffseitige
Kettenführung 540, die sich in Gleitkontakt mit einem
Teil der Kette CH befindet, der vom antreibenden Kettenrad 550 zum
angetriebenen Kettenrad 560 läuft, wirkt mit einer
Spanneinrichtung T zusammen, um eine geeignete Spannung auf die
Kette CH aufzubringen.
-
Eine
spannseitige Kettenführung 510 ist in Gleitkontakt
mit einem Abschnitt der Kette CH, der vom angetriebenen Kettenrad 570 zum
antreibenden Kettenrad 550 läuft, um Vibrationen
und eine Querbewegung der Kette CH zu vermeiden. Die Kettenführung 510 regelt
die Länge des Trums der Kette CH, das sich von dem Punkt,
an dem sich die Kette vom angetriebenen Kettenrad 570 löst,
bis zu dem Punkt erstreckt, an dem die Kette CH mit dem antreibenden
Kettenrad 550 eingreift.
-
Die
schlaffseitige Kettenführung
540 ist für eine
Hin- und Herbewegung schwenkbar auf einem Schaft P gelagert, der
ein Befestigungsbolzen, ein Verbindungsstift oder dergleichen sein
kann, der an einer Wand des Motors E befestigt ist und von dieser absteht.
Die Spanneinrichtung T spannt einen Schuh auf der schwenkbaren schlaffseitigen
Kettenführung
540 gegen die Kette vor. Während
die schlaffseitige Kettenführung
540 schwenkbar
ist, ist die spannseitige Kettenführung
510 fest
am Motor E durch Befestigungsbolzen Q oder andere geeignete Befestigungsmittel
befestigt. Diese Anordnung ist in der Offenlegungsschrift der
japanischen Patentanmeldung 2003-214504 dargestellt
und beschrieben.
-
Bei
der herkömmlichen Steuerkettenantriebseinheit erzeugt der
Betrieb der Motorventile die Drehmomentlast, die von den Nockenwellen
auf deren Kettenräder und über die Kettenräder
auf die Kette aufgebracht wird und sich in Synchronisation mit der
Drehbewegung der Nockenwellen und der Kurbelwelle periodisch verändert.
Diese zyklischen Laständerungen führen zu entsprechenden
periodischen Änderungen der Spannung auf der Spannseite der
Kette, das ist das Trum der Kette, das vom angetriebenen Kettenrad 570 in
Richtung des antreibenden Kettenrads 550 läuft.
-
Diese
zyklischen Veränderungen der Last und der Kettenspannung
werden in Folge von Kräften erzeugt, die benötigt
werden, um die Einlass- und Auslassventile zu öffnen. Im
Falle eines Vierzylinder-Reihenmotors durchlaufen die Veränderungen der
Spannung vier Zyklen für jede Umdrehung einer Nockenwelle.
Bei einem Sechszylinder-Reihenmotor durchlaufen die Veränderungen
der Spannung sechs Zyklen für jede Umdrehung einer Nockenwelle.
-
Zyklische
Veränderungen der Kettenspannung können auch durch
andere Faktoren verursacht werden, wie bspw. zyklische Veränderungen
der Drehzahl der Kurbelwelle. Die Kette muss eine Zugfestigkeit
aufweisen, die in der Lage ist, dem Höchstwert der sich
verändernden Kettenspannung standzuhalten. Dementsprechend
sind herkömmliche Steuerketten übermäßig
schwer, ist das Gesamtgewicht der Antriebseinheit hoch und wird übermäßiger Lärm
erzeugt. Folglich ist die herkömmliche Steuerkettenantriebseinheit
nicht gut an die Erfordernisse Größenreduktion,
Gewichtsreduktion und Geräuschreduktion in Verbrennungsmotoren
angepasst.
-
Versuche,
diese Probleme zu lösen, die durch zyklische Veränderungen
der Kettenspannung verursacht werden, haben die Verwendung von nicht zirkularen Kettenrädern
und Kettenrädern, die Zahnlückengründe
aufweisen, die sich in verschiedenen radialen Abständen
von der Kettenradachse befinden, mit eingeschlossen. Diese Lösungsansätze
sind in der
US 2007/0066430 und
im
U.S.-Patent 7,125,356 beschrieben.
Im Falle eines nicht zirkularen Kettenrads oder eines Kettenrads,
das einen variierenden Fußkreisdurchmesser aufweist, wird
jedoch eine Kraft auf die Kette in einer Richtung senkrecht zu ihrer
Bewegungsrichtung aufgebracht, die eine entsprechende Verschiebung
der Kette verursacht und infolge von Vibrationen der Kette und dem Anschlag
zwischen der Kette und ihrer Kettenführung erhöhten
Lärm erzeugt. Da die Veränderungen im Radius dieser
Kettenräder sehr gering sind, hat es sich darüber
hinaus als sehr schwierig herausgestellt, eine genaue Phaseneinstellung
beim Zusammenbau von Kettentrieben zu erreichen, die diese Kettenräder
aufnehmen, und es hat sich als schwierig herausgestellt, die exakte
Phasenbeziehung zwischen dem Drehwinkel der Kettenräder
und dem Drehmoment der Nockenwelle aufrechtzuerhalten.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kettenantriebssystem
bereitzustellen, bei dem die Kette kleiner und leichter im Gewicht
ausgeführt werden kann, bei dem Lärm, der vom
Kettenantriebssystem erzeugt wird, durch das Reduzieren des Einflusses
der Schwankungen der Kettenspannung reduziert werden kann, welcher
den Schwankungen der Drehzahl und des Lastmoments entsprechen, und
bei dem ein effizienter Zusammenbau und eine effiziente Instandhaltung
eines Kettenantriebs gewährleistet sind.
-
Die
voranstehende Aufgabe wird durch ein Kettenantriebssystem mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße
Kettenantriebssystem weist ein antreibendes Kettenrad, ein angetriebenes
Kettenrad, das vorgesehen ist, um einen Mechanismus anzutreiben,
der eine Last auf das angetriebene Kettenrad überträgt,
und eine Kette auf, die mit beiden Kettenrädern im Eingriff
ist, und weist ein Trum auf, das vom angetriebenen Kettenrad zum
antreibenden Kettenrad läuft. Das Trum der Kette, welches
vom angetriebenen Kettenrad zum antreibenden Kettenrad läuft,
ist unter Spannung und überträgt eine Drehbewegung
vom antreibenden Kettenrad auf das angetriebene Kettenrad mit einem zuvor
festgelegten Drehzahlverhältnis.
-
Im
Betrieb des Antriebssystems tritt mindestens einer von zwei Zuständen
ein. Ein solcher Zustand ist eine zyklische Veränderung
der Last, die vom lastübertragenden Mechanismus auf das
angetriebene Kettenrad übertragen wird. Der andere Zustand
ist eine zyklische Veränderung der Drehzahl des antreibenden
Kettenrads.
-
Mindestens
eines der Kettenräder weist Kettenradzähne auf,
deren Teilung über den Umfang zyklisch zunimmt und abnimmt.
Diese zyklische Zunahme und Abnahme der Zahnteilung des Kettenrads
ist mit mindestens einem der oben erwähnten Zustände mit
einer Phasenbeziehung synchronisiert, so dass der Einfluss von mindestens
einem der Zustände auf die Schwankungen der Spannung im
Trum der Kette reduziert ist. Eine Seite des Kettenrads, die eine
zyklisch variierende Zahnteilung aufweist, ist mit Markierungen
ausgestattet, die die Stellen kennzeichnen, an denen die Teilung
der Kettenradzähne am größten ist und
an denen die Teilung der Kettenradzähne am kleinsten ist.
-
Da
ein Kettenrad in dem Kettenantrieb eine zyklisch variierende Zahnteilung
aufweist, ändert sich die Stelle, an der das Lasttrum der
Kette beginnt, mit einem Kettenrad einzugreifen oder sich davon
zu lösen, und dementsprechend verändert sich die
Länge des Lasttrums der Kette. Deshalb ist es möglich, die
zyklisch variierende Zahnteilung zu benutzen, um Veränderungen
der Kettenspannung zu absorbieren, die ansonsten aus Schwankungen
der Last am angetriebenen Kettenrad oder aus Schwankungen der Drehzahl
des antreibenden Kettenrads entstehen würden, und zwar
ohne ein Ausüben von Kräften, die dazu neigen,
die Kette in eine andere Richtung als die Laufrichtung der Kette
zu verschieben. Demzufolge kann die Kette verkleinert und leichter
ausgeführt werden, können Lärm und Vibrationen
reduziert werden, und kann der Aufbau des Kettenantriebssystems
durch das Aufweisen weniger beweglicher Teile vereinfacht werden.
-
Die
Veränderung der Teilung der Zähne des Kettenrads,
das eine sich zyklisch verändernde Zahnteilung aufweist,
ist sehr gering. Die Markierungen an der Seite des Kettenrads, die
die Positionen kennzeichnen, an denen die Teilung der Kettenradzähne
am größten und am kleinsten wird, ermöglichen
es, die Phase des Kettenrads derart anzupassen, dass die Zahnteilung
so mit den zyklischen Last- oder Drehzahlschwankungen synchronisiert
ist, dass Veränderungen der Kettenspannung reduziert werden.
Diese Markierungen vereinfachen daher den anfänglichen
Zusammenbau des Kettenantriebsystems und vereinfachen auch dessen
Instandhaltung.
-
Die
Erfindung kann in einen Motorsteuertrieb eingebaut werden, so dass
die Kette eine Motorsteuerkette ist, das antreibende Kettenrad mit
einer Motorkurbelwelle verbunden ist und von dieser angetrieben
wird, das angetriebene Kettenrad eine Motornockenwelle antreibt
und der lastübertragende Mechanismus einen Satz Motorventile
umfasst, die von der Nockenwelle gesteuert werden. Bei einem Motorsteuertrieb
ermöglicht die Erfindung eine effiziente Reduktion des
Einflusses auf die Kettenspannung durch Schwankungen der Drehzahl
der Kurbelwelle oder Lastschwankungen der Nockenwelle. Dementsprechend
können Vibrationen und der gesamte Geräuschpegel,
der vom Steuertrieb im Motor erzeugt wird, reduziert werden und
kann gleichzeitig der Steuertrieb verkleinert werden, leichter ausgeführt werden
und durch das Reduzieren der Anzahl der beweglichen Teile vereinfacht
werden. Dementsprechend kann der gesamte Motor in der Größe
reduziert und leichter ausgeführt werden.
-
Ein
Laufkettenrad wird in einem Kettenantrieb häufig verwendet,
um den Laufweg der Kette zu bestimmen oder um die Kettenspannung
zu regulieren. Wenn ein Laufkettenrad in einem Kettenantriebssystem
vorhanden ist, so ist dieses besonders anfällig für
Vibrationen und Lärm, weil es sich abgesehen von Reibung
ohne Last dreht. Die Verwendung eines antreibenden oder eines angetriebenen
Kettenrads mit einer zyklisch variierenden Zahnteilung, die mit
den zyklischen Änderungen der Last am angetriebenen Kettenrad
oder mit zyklischen Veränderungen der Drehzahl des antreibenden
Kettenrads synchronisiert ist, ist im Falle eines Antriebs, der
ein Laufkettenrad aufweist, besonders vorteilhaft, da dieses Lärm
und Vibrationen, die am Laufkettenrad auftreten, signifikant reduzieren
kann.
-
FIGURENKURZBESCHREIBUNG
-
1 ist
eine schematische Draufsicht eines Kettenrads eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels,
-
2A bis 2D sind
Diagramme, die den Betrieb des Kettenantriebssystems mit dem in 1 dargestellten
Kettenrad des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
erläutern,
-
3 ist
ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Änderungsrate
der Ankunftsrate der Zähne des angetriebenen Kettenrads
an einem Lösepunkt K und die Drehzahl des antreibenden
Kettenrads während den in den 2A bis 2D dargestellten
Arbeitsprozessen darstellt,
-
4A bis 4C sind
Schaubilder, die die Ergebnisse von Experimenten vergleichen, die
am Kettenantriebssystem mit dem in 1 dargestellten Kettenrad
des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
und an einem Kettenantriebssystem entsprechend dem Stand der Technik
durchgeführt wurden, und
-
5 ist
eine schematische Darstellung eines Kettenantriebssystems.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Das
erfindungsgemäße Kettenantriebssystem kann jede
beliebige Gestalt annehmen, sofern zumindest eines der Kettenräder
Kettenradzähne aufweist, deren Teilung zyklisch entlang
des Umfangs zunimmt und abnimmt und mit den zyklischen Schwankungen
der Last, die auf das angetriebene Kettenrad aufgebracht wird, oder
mit den zyklischen Schwankungen der Drehzahl des antreibenden Kettenrads
synchronisiert ist, und sofern eine Seite des Kettenrads, das eine
zyklisch variierende Zahnteilung aufweist, mit Markierungen ausgestattet
ist, die die Stellen kennzeichnen, an denen die Teilung der Kettenradzähne
am größten ist und an denen die Teilung der Kettenradzähne
am kleinsten ist.
-
Das
Kettenantriebssystem absorbiert Änderungen der Kettenspannung,
die sich aus den Schwankungen der Drehzahl oder Lastschwankungen
ergeben, ohne dass es erforderlich ist, eine Kraft auf die Kette
mithilfe einer Spanneinrichtung oder dergleichen in einer anderen
Richtung als der Laufrichtung der Kette auszuüben. Das
System erlaubt Verkleinerung und Gewichtsreduktion, strukturelle Vereinfachung
durch Reduktion der Anzahl beweglicher Teile, es reduziert Vibrationen
und Lärm und es ermöglicht Zusammenbau und Instandhaltung
effizient durchzuführen.
-
Die
kennzeichnenden Markierungen können in jeglicher Gestalt
oder Form ausgeführt sein, solange sie es ermöglichen
die Stellen, an denen die Teilung der Kettenradzähne am
größten wird, und die Stellen, an denen die Teilung
der Kettenradzähne am kleinsten wird, zu kennzeichnen und
zu spezifizieren. Dementsprechend können die Markierungen
an der Seite des Kettenrads durch jedes geeignete Mittel, wie bspw.
Eingravieren, Lackieren und dergleichen, platziert sein.
-
Das
Kettenantriebssystem eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
kommt in einem Vierzylinder-Reihenmotor mit zweifach oben liegenden
Nockenwellen (DOHC) zum Einsatz. In diesem Fall schwankt die Drehzahl
des antreibenden Kettenrads, d. h. des Kurbelwellenkettenrads, mit
einer Rate von zwei Zyklen pro eine ganze Umdrehung des antreibenden
Kettenrads. Da sich das Nockenwellenkettenrad mit der halben Drehzahl
des Kurbelwellenkettenrads dreht, schwankt die Drehzahl des Kurbelwellenkettenrads
und des Nockenwellenkettenrads mit einer Rate von vier Zyklen pro
jede ganze Umdrehung des Nockenwellenkettenrads. Der Aufbau des Kettenantriebssystems
ist, abgesehen von der zyklischen Veränderung der Teilung
der Kettenradzähne und den Markierungen darauf, der gleiche
wie in dem in 5 dargestellten Motorsteuertrieb
gemäß dem Stand der Technik.
-
Das
Kettenrad 170 in 1 ist ein
angetriebenes Kettenrad 170, entsprechend dem Kettenrad 570 in 5,
auf der Spannseite der Kette CH. Die Positionen seiner Kettenradzähne 171 verändern sich
zyklisch in einem Muster, das in vier Zyklen wiederholt wird, was
den Schwankungen der Drehzahl von vier Zyklen in einer Umdrehung
entspricht. Das heißt die Teilung der Kettenradzähne 171 nimmt
zyklisch zu und ab, so dass wie in 1 dargestellt,
die Stellen Pmax, wo die Teilung am größten ist
und die Stellen Pmin, wo die Teilung am kleinsten ist, sich in einem
Intervall von 45° abwechseln. Wenn sich das angetriebene
Kettenrad 170 dreht, wird infolgedessen die Ankunftsrate
der Kettenradzähne an dem Punkt, an dem sich die Kette
CH vom Kettenrad löst, zyklisch erhöht und verringert,
wodurch der Durchhang oder die Spannung in dem Trum der Kette verändert
wird, das vom angetriebenen Kettenrad zum antreibenden Kettenrad
läuft.
-
Die
Veränderungen der Teilung sind in 1 zum Zweck
der Darstellung übertrieben dargestellt. Die tatsächlichen
Veränderungen vom durchschnittlichen Wert der Teilung betragen
jedoch lediglich etwa 0,2 mm bei einem normalen Vierzylinder-Reihenmotor
mit zweifach oben liegenden Nockenwellen (DOHC), bei dem die Länge
des Lasttrums der Steuerkette CH etwa 300 mm beträgt. Diese
geringen Veränderungen der Teilung gleichen die zyklischen Schwankungen
der Last am angetriebenen Kettenrad oder der Drehzahl des antreibenden
Kettenrads aus, aber diese sind so gering, dass sie den Eingriff der
Kette CH mit den Kettenrädern nicht beeinflussen. Da diese
Veränderungen der Teilung jedoch so gering sind, ist es
schwierig, die Stellen der maximalen und der minimalen Teilung optisch
zu bestimmen.
-
Markierungen 172,
die die Stellen Pmin kennzeichnen, wo die Teilung am kleinsten ist,
und Markierungen 173, die die Stellen Pmax kennzeichnen,
wo die Teilung am größten ist, sind angrenzend an
die Kettenradzähne 171 an der Seite des angetriebenen
Kettenrads 170 angebracht.
-
Wie
in den 2A bis 2D dargestellt, befindet
sich die Kette CH im Eingriff mit einem auf der Spannseite angetriebenen
Kettenrad 170, das sich im Uhrzeigersinn dreht. Die Kette
CH löst sich vom Kettenrad 170 am Lösepunkt
K.
-
In
den Figuren sind die Stellen der maximalen Teilung Pmax schematisch
durch weiße Bereiche gekennzeichnet und die Stellen der
minimalen Teilung Pmin sind durch schwarze Bereiche gekennzeichnet.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ändert sich
die Teilung sinusförmig. Während bei einem herkömmlichen
Kettenantrieb die Zähne eines angetriebenen Kettenrads
den Lösepunkt mit einer gleichförmigen Rate durchlaufen,
wird im erfindungsgemäßen Antrieb der Zeitpunkt
des Durchlaufs eines Zahns durch den Lösepunkt K aufgrund
der sich zyklisch verändernden Zahnteilung zyklisch vorverlegt und
verzögert.
-
In 2A hat
ein Punkt Pmax auf dem Kettenrad den Lösepunkt K durchlaufen
und der folgende Punkt Pmin nähert sich dem Lösepunkt.
Am Lösepunkt nimmt deshalb die Zahnteilung von dem in 2D dargestellten
Zustand ab, wo die Zahnteilung am Lösepunkt am größten
ist. In 2A entspricht die Teilung der
Kettenradzähne am Lösepunkt K ungefähr
der normalen einheitlichen Zahnteilung, da die Zähne, die
eine größere Teilung als die standardmäßige
Teilung aufweisen, den Lösepunkt durchlaufen haben. Zu
diesem Zeitpunkt nimmt die Zahnteilung am Lösepunkt K mit
ihrer maximalen Rate ab und deshalb erhöht sich die Rate,
mit der die Kettenradzähne am Punkt K eintreffen.
-
In 2B befindet
sich eine Stelle mit minimaler Teilung Pmin am Lösepunkt
K, die Änderungsrate der Zahnteilung am Lösepunkt
K beträgt 0 und die Kettenradzähne treffen am
Lösepunkt mit einer maximalen Rate ein.
-
In 2C hat
ein Punkt Pmin auf dem Kettenrad den Lösepunkt K durchlaufen
und der folgende Punkt Pmax nähert sich dem Lösepunkt.
Am Lösepunkt nimmt die Zahnteilung von dem in 2B dargestellten
Zustand mit einer maximalen Rate zu. In 2C entspricht
die Teilung der Kettenradzähne am Lösepunkt wieder
ungefähr der standardmäßigen Zahnteilung,
da die Zähne, die eine kleinere Teilung als die Standardteilung
aufweisen, den Lösepunkt durchlaufen haben. Die Ankunftsrate
der Zähne am Punkt K nimmt hier zu.
-
In 2D ist
die Zahnteilung am Lösepunkt K am größten,
die Änderungsrate der Zahnteilung am Punkt K ist 0 und
die Ankunftsrate der Zähne am Punkt K ist minimal.
-
Während
das Kettenantriebssystem in Betrieb ist, werden die in den 2A bis 2D abgebildeten
Stadien wiederholt, die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt
K erhöht sich und verringert sich zyklisch. Die zyklische
Veränderung der Ankunftsrate der Kettenradzähne
am Punkt K neigt dazu, die Spannung in dem Trum der Kette zu verändern,
das vom angetriebenen Kettenrad 170 in Richtung des antreibenden
Kettenrads läuft und kompensiert die Schwankungen der Spannung,
die von zyklischen Schwankungen der Drehzahl des antreibenden Kettenrads
oder von zyklischen Schwankungen der Last am antreibenden Kettenrad
verursacht werden.
-
3 zeigt
die Beziehung zwischen der Änderungsrate der Ankunftsrate
der Kettenradzähne am Punkt des Lösens der Kette
vom angetriebenen Kettenrad und den Schwankungen der Drehzahl des antreibenden
Kettenrads. Die Punkte a bis d in 3 entsprechen
jeweils den in 2A bis 2D dargestellten
Stadien.
-
Am
Punkt a nimmt die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt
K mit einer maximalen Rate zu, und das ist der Grund, warum die
obere Kurve in 3 am weitesten unterhalb der
Bezugslinie am Punkt a ist. Gleichzeitig erhöht sich die
Drehzahl der Kurbelwelle.
-
Die
steigende Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt
K neigt dazu, die Spannung in der Kette zu verringern, wobei diese
die sich erhöhende Spannung, die durch die sich erhöhende
Drehzahl des antreibenden Kettenrads verursacht wird, kompensiert.
-
Am
Punkt b ist ein Punkt Pmin auf dem Kettenrad am Lösepunkt
K, die Ankunftsrate der Kettenradzähne am Punkt K ist maximal
und die Änderung der Ankunftsrate der Zähne am
Punkt K ist 0. Punkt b trifft zeitlich mit dem Punkt zusammen, an
dem die Drehzahl des antreibenden Kettenrads am höchsten ist.
Das Reduzieren der Spannung im Lasttrum der Kette CH, das sich aus
der höheren Rate mit der die Kettenradzähne am
Lösepunkt K ankommen, ergibt, kompensiert weiterhin die
erhöhte Spannung, die von der hohen Drehzahl des antreibenden
Kettenrads verursacht wird.
-
Am
Punkt c nimmt die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt
K mit einer maximalen Rate ab, und deshalb ist die obere Kurve in 3 am
weitesten oberhalb der Bezugslinie am Punkt c. Gleichzeitig nimmt
die Drehzahl der Kurbelwelle ab. Die Abnahme der Ankunftsrate der
Zähne am Lösepunkt neigt dazu, die Spannung im
Lasttrum der Kette zu erhöhen, wobei diese die Abnahme
der Spannung, die sich aus der Abnahme der Drehzahl des antreibenden
Kettenrads ergibt, kompensiert.
-
Am
Punkt d ist eine Stelle Pmax auf dem Kettenrad am Lösepunkt
K. Die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt ist
minimal und die Änderungsrate der Ankunftsrate der Zähne
am Lösepunkt ist 0. Der Punkt an dem die Drehzahl des antreibenden
Kettenrads am niedrigsten ist, trifft mit diesem Punkt d zusammen.
-
Man
wird sehen, dass die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt
am angetriebenen Kettenrad am niedrigsten ist, wenn die Drehzahl
des antreibenden Kettenrads am niedrigsten ist und die Ankunftsrate
der Zähne am Lösepunkt am angetriebenen Kettenrad
am höchsten ist, wenn die Drehzahl des antreibenden Kettenrads
am höchsten ist. Durch Synchronisieren der Phase der Kettenradzähne 171 mit den
Schwankungen der Drehzahl in einer optimalen Phasenbeziehung wie
oben beschrieben, ist es möglich, die Schwankungen der
Drehzahl ohne Auslenken oder Ausüben einer Kraft in eine
andere Richtung als der Längsrichtung der Kette effektiv
zu absorbieren. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass durch Reduzieren
der maximalen Spannung, die auf die Kette aufgebracht wird, die
Kette kleiner und leichter ausgeführt werden kann. Demzufolge
kann das gesamte Kettenantriebssystem verkleinert werden, leichter
ausgeführt werden und durch Reduzieren der Anzahl der bewegenden
Teile vereinfacht werden. Gleichzeitig kann Lärm, der durch
Vibration der Kette entsteht, reduziert werden.
-
Die 4A und 4B sind
Schaubilder, die die Ergebnisse von Messungen der Spitzenspannung
zeigen, die an einem Vierzylinder-Reihenmotor mit einem standardmäßig
angetriebenen Kettenrad durchgeführt wurden und 4C ist
ein gleichartiges Schaubild, das die Ergebnisse von Messungen der Spitzenspannung
zeigt, die am selben Motor unter Verwendung eines erfindungsgemäß angetriebenen Kettenrads
durchgeführt wurden, bei dem die Zahnteilung zyklisch zunimmt
und abnimmt.
-
In 4A verursacht
die Kurbelwelle keine Schwankung der Drehzahl. Die Spannung der
Kette schwankt geringfügig infolge von Lastschwankungen,
die sich aus dem Betrieb der Motornockenwelle ergeben.
-
In 4B schwankt
die Drehzahl der Kurbelwelle und es entsteht eine große
Schwankung der Kettenspannung in Synchronisation mit der Schwankung
der Drehzahl.
-
In 4C schwankt
die Drehzahl der Kurbelwelle wie in 4B, aber
die Zahnteilung des angetriebenen Kettenrads nimmt erfindungsgemäß zyklisch
zu und ab. Der größte Teil der Schwankungen der
Spannung, der mit der Schwankung der Drehzahl des Kurbelwellenkettenrads
zusammenhängt, wird durch Einstellen des angetriebenen
Kettenrads absorbiert, so dass die Teilung der Zähne am
Lösepunkt bei den Drehwinkeln minimiert wird, an denen
die Drehzahl des antreibenden Kettenrads maximal ist. Die übrigen,
relativ geringen Schwankungen der Spannung, die durch Lastschwankungen
verursacht werden, sind ähnlich wie die in 4A dargestellten.
-
Im
dargestellten Beispiel in 4C ist
die Kurbelwelle auf eine Drehzahl von 6.000 Umdrehungen pro Minute
eingestellt. Die Drehzahlen, an denen der spannungsmindernde Effekt
der Erfindung am größten ist, variiert in Abhängigkeit
von den Umständen, wie bspw. Bauart und Größe
des Motors und Größe und Anordnung der anderen
strukturellen Elemente. Das Kettenantriebssystem weist den größten spannungsmindernden
Effekt bei hohen Drehzahlen auf. Bei niedrigeren Drehzahlen werden
Schwankungen der Kettenspannung durch andere spannungsabsorbierende
Elemente absorbiert.
-
Obwohl
im beschriebenen Beispiel die Beschleunigung und Verzögerung
der Ankunft der Kettenradzähne am Lösepunkt und
die zyklischen Schwankungen der Drehzahl des antreibenden Kettenrads
sinusförmigen Kurven folgen, kann die Kurve, die die Änderungsrate
in der Ankunftsrate der Kettenradzähne am Lösepunkt
darstellt, entsprechend festgelegt werden, so dass sogar wenn die
aktuelle Schwankung der Drehzahl des antreibenden Kettenrads nicht
sinusförmig ist, die Ankunftsrate der angetriebenen Kettenradzähne
am Lösepunkt K am größten ist, wenn die
Drehzahl des antreibenden Kettenrads am höchsten ist und
die Ankunftsrate der angetriebenen Kettenradzähne am Lösepunkt
am geringsten ist, wenn die Drehzahl des Kettenrads am niedrigsten
ist.
-
Obwohl
das Kettenrad, bei dem die Zahnteilung zyklisch zunimmt und abnimmt,
im beschriebenen Ausführungsbeispiel das angetriebene Kettenrad
ist, kann als eine Alternative das antreibende Kettenrad eine zyklisch
zunehmende und abnehmende Zahnteilung aufweisen und als eine weitere
Alternative kann sowohl das antrei bende Kettenrad als auch das angetriebene
Kettenrad eine zyklisch zunehmende und abnehmende Zahnteilung aufweisen.
-
Wenn
das antreibende Kettenrad eine zyklisch zunehmende und abnehmende
Zahnteilung aufweist, nähert sich das Lasttrum der Kette
in Richtung dem antreibenden Kettenrad und die Beziehung der Phase
der Zahnteilung am Eingriffspunkt am antreibenden Kettenrad zur
Drehzahl des antreibenden Kettenrads ist das Gegenteil der entsprechenden
Beziehung beim angetriebenen Kettenrad. Das heißt bei einer
maximalen Drehzahl des antreibenden Kettenrads sollte ein Punkt
Pmax am antreibenden Kettenrad am Eingriffspunkt sein. Ebenso in
dem Fall, in dem beide Kettenräder eine zyklisch variierende
Teilung aufweisen, sollte, wenn ein Punkt Pmin am angetriebenen
Kettenrad am Lösepunkt K ist, ein Punkt Pmax am antreibenden
Kettenrad am Eingriffspunkt sein.
-
Der
Einsatz einer zyklisch variierenden Zahnteilung kann auch Schwankungen
der Kettenspannung, die von zyklischen Lastveränderungen, die
auf das angetriebene Kettenrad wirken, verursacht werden, auf gleichem
Wege mäßigen, wobei die Auswirkungen der zyklischen
Schwankungen der Drehzahl des antreibenden Kettenrads reduziert
werden. Es ist auch möglich, durch Verwendung einer zyklisch
variierenden Zahnteilung außer zyklischen Schwankungen
der Drehzahl und der Last verschiedene Vibrationen und Lärm
zu unterbinden, die mit Schwingungsresonanz und akustischer Resonanz zusammenhängen.
-
Da
die Markierungen an der Seite des Kettenrads die Stellen kennzeichnen,
an denen die Teilung der Kettenradzähne am größten
wird, und die Stellen, an denen die Teilung der Kettenradzähne
am kleinsten wird, ist es möglich, diese Stellen genau
zu kennzeichnen, obwohl die Veränderung der Teilung sehr
gering ist. Die Phase des Kettenrads, das eine zyklisch variierende
Zahnteilung aufweist, kann leicht angepasst werden und Zusammenbau
und Wartung des Kettenantriebssystems können effizient
durchgeführt werden.
-
- 170
- Kettenrad
- 171
- Kettenradzahn
- 172
- Markierung
- 173
- Markierung
- 500
- Steuerkettenantriebseinheit
- 510
- Kettenführung
- 540
- Kettenführung
- 550
- antreibendes
Kettenrad
- 560
- angetriebenes
Kettenrad
- 570
- angetriebenes
Kettenrad
- CH
- Kette
- E
- Motor
- K
- Lösepunkt
- P
- Schwenkachse
- P
- Teilung
- Pmax
- Teilung
- Pmin
- Teilung
- Q
- Befestigungsbolzen
- T
- Spanneinrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2008-323907 [0002, 0002]
- - JP 2003-214504 [0005]
- - US 2007/0066430 [0009]
- - US 7125356 [0009]