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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft ein Steuerkettenantriebssystem, in dem sich eine
Kette in kämmendem Eingriff mit antreibenden und angetriebenen
Kettenrädern befindet, um Drehmoment zu übertragen
und eine Motornockenwelle oder Nockenwellenkettenräder
in einer zuvor festgelegten Phasenbeziehung mit einem Kettenrad einer
Motorkurbelwelle zu synchronisieren. Insbesondere betrifft die Erfindung
einen Mechanismus, um den Einfluss der Schwankungen der Spannung
der Steuerkette zu reduzieren und um Vibrationen und Geräusche zu
reduzieren.
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Die
vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung 2008-307545 ,
die am 2. Dezember 2008 eingereicht wurde. Die Offenbarung dieser
japanischen Patentanmeldung 2008-307545 wird
hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Wie
in
5 dargestellt, überträgt eine
Steuerkettenantriebseinheit
500 in einem Verbrennungsmotor mit
zweifach oben liegenden Nockenwellen (DOHC) eine Kraft mithilfe
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.
Ein schwenkbar gelagerter Hebel dieser Art ist in der Offenlegungsschrift der
japanischen Patentanmeldung 2003-214504 beschrieben.
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Eine
spannseitige Kettenführung 510 ist in Gleitkontakt
mit einem Abschnitt der Kette, der vom angetriebenen Kettenrad 570 zum
antreibenden Kettenrad 550 läuft, um Vibrationen
und eine Querbewegung der Kette CH zu vermeiden. Die Kettenführung 510 steuert
die Länge des Trums der Kette CH, das sich von dem Punkt,
an dem sich die Kette CH vom angetriebenen Kettenrad 570 löst,
bis zu dem Punkt erstreckt, an dem die Kette CH mit dem antreibenden
Kettenrad 550 eingreift.
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Die
schlaffseitige Kettenführung
540 ist für
eine Hin- und Herbewegung schwenkbar auf einer Schwenkachse P gelagert,
die 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.
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Bei
der herkömmlichen Steuerkettenantriebseinheit erzeugt der
Betrieb der Motorventile das Lastmoment, das durch die Nockenwellen
auf ihre Kettenräder und durch 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
zyklischen 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.
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Diese
zyklischen Änderungen der Last und der Spannung in der
Steuerkette werden in Folge von Kräften erzeugt, die benötigt
werden, um die Einlass- und Auslassventile zu öffnen. Im
Falle eines Vierzylinder-Reihenmotors durchläuft die Veränderung
der Spannung vier Zyklen für jede Umdrehung einer Nockenwelle.
Bei einem Sechszylinder-Reihenmotor durchläuft die Veränderung
der Spannung sechs Zyklen für jede Umdrehung einer Nockenwelle.
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Die
zyklischen Veränderungen der Spannung in der Steuerkette
können auch durch andere Faktoren wie beispielsweise zyklische
Veränderungen der Drehzahl der Kurbelwelle verursacht werden.
Die Steuerkette muss eine Zugfestigkeit aufweisen, die in der Lage
ist, dem Spitzenwert der schwankenden Kettenspannung standzuhalten.
Dementsprechend sind herkömmliche Steuerketten übermäßig
schwer, ist das Gesamtgewicht der Antriebseinheit hoch und wird übermäßiger Lärm
erzeugt. Daher ist die herkömmliche Steuerkettenantriebseinheit
nicht gut an die Erfordernisse Größenreduktion,
Gewichtsreduktion und Geräuschreduktion in Verbrennungsmotoren
angepasst.
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Versuche,
diese Problemen zu lösen, die durch zyklische Veränderung
der Spannung in der Steuerkette verursacht werden, haben die Verwendung
von nicht kreisförmigen 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
US-Patent 7,125,356 beschrieben.
Im Falle eines nicht kreisförmigen 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 erhöhten Lärm
infolge von Vibrationen der Kette und dem Anschlag zwischen der
Kette und ihrer Kettenführung erzeugt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerkettenantriebssystem
bereitzustellen, bei dem die Steuerkette verkleinert und leichter
im Gewicht ausgeführt werden kann und bei dem Lärm,
der vom Kettenantriebssystem erzeugt wird, durch das Reduzieren
des Einflusses der Schwankungen der Kettenspannung vermindert wird,
welche den Schwankungen der Drehzahl des antreibenden Kettenrads entsprechen.
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Die
voranstehende Aufgabe wird durch ein Steuerkettenantriebssystem
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein
Steuerkettenantriebssystem umfasst ein antreibendes Kettenrad, das
normalerweise mit einer Motorkurbelwelle verbunden ist und von dieser
angetrieben wird, ein angetriebenes Kettenrad, das normalerweise verbunden
ist, um eine die Motorventile betätigende Nockenwelle anzutreiben,
und eine Steuerkette im Eingriff mit beiden Kettenrändern.
Die Steuerkette löst sich vom angetriebenen Kettenrad an
einem Lösepunkt und greift mit dem antreibenden Kettenrad
an einem Eingriffs punkt ein, und das Trum der Kette, das 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, so dass die Drehbewegungen des antreibenden
und des angetriebenen Kettenrads in einem zuvor festgelegten Verhältnis
synchronisiert sind.
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In
einem Steuerkettenantriebssystem eines Motors, kann die Drehzahl
des antreibenden Kettenrads infolge von Schwankungen der Drehzahl
der Motorkurbelwelle zyklisch schwanken. Im erfindungsgemäßen Steuerkettenantriebssystem
weist mindestens eines der antreibenden und der angetriebenen Kettenräder
Kettenradzähne auf, deren Teilung entlang des Umfangs zyklisch
zunimmt und abnimmt. Wenn die Teilung der Zähne des angetriebenen
Kettenrads zyklisch zunimmt und abnimmt, ist die Teilung am Lösepunkt
am kleinsten, wenn die Drehzahl des antreibenden Kettenrads maximal
ist. Wenn die Teilung der Zähne des antreibenden Kettenrads
zyklisch zunimmt und abnimmt, ist andererseits die Teilung am Eingriffspunkt
am größten, wenn die Drehzahl des antreibenden
Kettenrads maximal ist. Da das Übersetzungsverhältnis
der Kettenräder im letzteren Fall 2:1 beträgt,
wird die Teilung des antreibenden Kettenrads zwei Zyklen entlang
des Umfangs des antreibenden Kettenrads durchlaufen.
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Wenn
die Teilungen der Kettenradzähne zu den zyklischen Schwankungen
der Drehzahl des antreibenden Kettenrads derart in Beziehung stehen,
wird der Einfluss der zyklischen Schwankungen der Drehzahl des antreibenden
Kettenrads auf die Spannung im Lasttrum der Steuerkette reduziert.
Deshalb ist es möglich, die zyklisch variierende Zahnteilung
zu nutzen, um Veränderungen der Kettenspannung zu absorbieren,
die andernfalls 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
zu verschieben. Entsprechend kann die Kette kleiner und leichter
ausgeführt werden, können Geräusche und
Vibrationen reduziert werden und kann die Struktur des Kettenantriebssystems
durch das Aufweisen weniger beweglicher Teile vereinfacht werden.
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In
einem Steuertrieb eines Motors ermöglicht die Erfindung
eine effiziente Reduktion des Einflusses von Schwankungen der Drehzahl
der Kurbelwelle oder von Lastschwankungen in der Nockenwelle auf
die Kettenspannung. Dementsprechend können Vibrationen
und das gesamte Geräuschniveau, das vom Steuertrieb im
Motor erzeugt wird, reduziert werden und kann gleichzeitig der Steuertrieb
verkleinert werden, leichter im Gewicht ausgeführt werden
und durch das Reduzieren der Anzahl beweglicher Teile vereinfacht
werden. Folglich kann der ganze Motor in der Größe
reduziert und leichter ausgeführt werden.
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FIGURENKURZBESCHEIBUNG
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1 ist
eine schematische Draufsicht eines Kettenrads für ein Steuerkettenantriebssystem
eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
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2A bis 2D sind
Diagramme, die den Betrieb des Steuerkettenantriebssystems mit dem
in 1 dargestellten Kettenrad eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung erläutern,
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3 ist
ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Änderungsrate
der Ankunftsrate der Zähne des angetriebenen Kettenrads
an einem Lösepunkt K und der Drehzahl des antreibenden
Kettenrads während der in 2A bis 2D dargestellten
Betriebszustände darstellt,
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4A bis 4C sind
Schaubilder, die die Ergebnisse von Experimenten vergleichen, die
an dem Steuerkettenantriebssystem mit dem in 1 dargestellten
Kettenrad eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
und an einem Steuerkettenantriebssystem entsprechend dem Stand der
Technik durchgeführt wurden, und
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5 ist
eine schematische Darstellung eines Steuerkettenantriebssystems.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Das
erfindungsgemäße Steuerkettenantriebssystem 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 Veränderungen
der Drehzahl des antreibenden Kettenrads synchronisiert ist.
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Mindestens
eines der antreibenden und angetriebenen Kettenräder weist
Kettenradzähne auf, deren Teilung zyklisch entlang des
Umfangs zunimmt und abnimmt. Wenn die Teilung der Zähne
des angetriebenen Kettenrads zyklisch zunimmt und abnimmt, ist die
Teilung an dem Punkt, an dem sich die Steuerkette vom angetriebenen
Kettenrad löst am kleinsten, wenn die Drehzahl des antreibenden
Kettenrads am größten ist. Wenn die Teilung der
Zähne des antreibenden Kettenrads zyklisch zunimmt und
abnimmt, ist andererseits die Teilung an dem Punkt, an dem die Steuerkette
in das antreibende Kettenrad eingreift am größten,
wenn die Drehzahl des antreibenden Kettenrads maximal ist.
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Das
Steuerkettenantriebssystem absorbiert Veränderungen der
Kettenspannung, die sich aus den Schwankungen der Drehzahl ergeben,
ohne dass es erforderlich ist, eine Kraft auf die Kette mithilfe
einer Spanneinrichtung oder dergleichen in eine andere Richtung
als der Laufrichtung der Kette aufzubringen. Das System ermöglicht
Verkleinerung und Gewichtsreduktion, strukturelle Vereinfachung
durch die Reduktion der Anzahl der beweglichen Teile und es reduziert
Vibrationen und Geräusche.
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Das
Steuerkettenantriebssystem eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels kommt in einem Vierzylinder-Reihenmotor
mit zweifach obenliegenden Nockenwellen (DOHC) zum Einsatz. In diesem
Fall schwankt die Drehzahl des antreibenden Kettenrads, d. h. des
Kurbelwellenkettenrads mit einer Rate von zwei Zyklen pro einer
ganzen 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 jeder ganzen Umdrehung des Nockenwellenkettenrads.
Der Aufbau des Kettenantriebssystems ist, abgesehen von der zyklischen Veränderung
der Teilung der Kettenradzähne, der gleiche wie in dem
in 5 dargestellten Motorsteuertrieb entsprechend
dem Stand der Technik.
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Das
Kettenrad 170 in 1 ist ein
angetriebenes Kettenrad 170, entsprechend dem Kettenrad 570 in 5,
auf der Spannseite der Kette CH. Die Stellen seiner Kettenradzähne 171 verändern
sich zyklisch in einem Muster, das in vier Zyklen wiederholt wird,
was der Schwankung der Drehzahl von vier Zyklen in einer Umdrehung
entspricht. D. h. die Teilung der Kettenradzähne 171 nimmt
zyklisch zu und ab, so dass die Stellen Pmax, wo die Teilung am
größten ist, und die Stellen Pmin, wo die Teilung
am kleinsten ist, sich wie in 1 dargestellt
in Intervallen von 45 Grad abwechseln. Wenn sich das angetriebene
Kettenrad 170 dreht, wird die Ankunftsrate der Kettenradzähne
an dem Punkt, an dem sich die Kette CH vom Kettenrad löst
infolgedessen zyklisch erhöht und verringert, wodurch sich
der Durchhang oder die Spannung in dem Trum der Kette, das vom angetriebenen
Kettenrad zum antreibenden Kettenrad läuft, effektiv verändert.
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Die
Veränderungen der Teilung sind in 1 zum Zweck
der Darstellung übertrieben dargestellt. Die tatsächliche
Abweichung vom mittleren Teilungswert betragen jedoch nur ungefähr
0,2 mm bei einem normalen Vierzylinder-Reihenmotor mit zweifach
obenliegenden Nockenwellen (DOHC), bei dem die Länge des Lasttrums
der Steuerkette CH ungefähr 300 mm beträgt. Diese
kleinen Veränderungen der Teilung kompensieren die zyklischen
Schwankungen der Last am angetriebenen Kettenrad oder der Drehzahl
des antreibenden Kettenrads, aber diese sind so gering, dass sie
den Eingriff der Kette CH mit den Kettenrädern nicht beeinflussen.
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Wie
in den 2A bis 2D dargestellt,
ist die Kette CH im Eingriff mit einem spannseitigen angetriebenen
Kettenrad 170, das sich im Uhrzeigersinn dreht. Die Kette
CH löst sich vom Kettenrad 170 am Lösepunkt
K.
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In
den Fig. 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 verändert sich
der Teilungswert sinusförmig. Während bei einem
herkömmlichen Steuerkettenantrieb die Zähne eines
angetriebenen Kettenrads den Lösepunkt mit einheit licher
Rate durchlaufen, ist im erfindungsgemäßen Steuerkettenantrieb
der Zeitpunkt des Durchlaufs eines Zahns durch den Lösepunkt
K aufgrund der zyklisch variierenden Zahnteilung zyklisch vorverlegt
und verzögert.
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In 2A hat
ein Punkt Pmax auf dem Kettenrad den Lösepunkt K durchlaufen
und der folgende Punkt Pmin nähert sich dem Lösepunkt.
Am Lösepunkt K nimmt die Zahnteilung deshalb von dem in 2D dargestellten
Zustand ab, wo die Zahnteilung am Lösepunkt K maximal ist.
In 2A entspricht die Zahnteilung der Kettenradzähne
am Lösepunkt K ungefähr der standardmäßigen
einheitlichen Zahnteilung, da die Zähne, die eine größere
Zahnteilung als die standardmäßige Zahnteilung
aufweisen, den Lösepunkt K durchlaufen haben. Gleichzeitig
nimmt die Zahnteilung am Lösepunkt K mit ihrer maximalen
Rate ab und deshalb nimmt die Rate, mit der die Kettenradzähne
am Lösepunkt K eintreffen, zu.
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In 2B ist
eine Stelle mit minimaler Zahnteilung Pmin am Lösepunkt
K, die Änderungsrate der Zahnteilung am Lösepunkt
K ist 0 und die Kettenradzähne treffen am Lösepunkt
K mit einer maximalen Rate ein.
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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 deshalb von dem in 2B dargestellten
Zustand mit einer maximalen Rate zu. In 2C entspricht
die Teilung der Kettenradzähne am Lösepunkt K
wieder ungefähr der standardmäßigen Zahnteilung,
da die Zähne, die eine kleiner Teilung als die standardmäßige
Teilung aufweisen, den Lösepunkt K durchlaufen haben. Hier
nimmt die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt
K zu.
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In 2D ist
die Zahnteilung am Lösepunkt K maximal, die Änderungsrate
der Zahnteilung am Lösepunkt K ist 0 und die Ankunftsrate
der Zähne am Lösepunkt K ist minimal.
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Während
das Kettenantriebssystem in Betrieb ist, werden die in den 2A bis 2D dargestellten Stadien
wiederholt, und die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt
K erhöht sich und verringert sich zyklisch. Die zyklische
Veränderung in 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 an treibenden
Kettenrads läuft, und kompensiert die Veränderung
der Spannung, die von zyklischen Veränderungen der Drehzahl
des antreibenden Kettenrads oder durch zyklische Veränderungen
der Last am angetriebenen Kettenrad verursacht werden.
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3 zeigt
die Beziehung zwischen der Änderungsrate der Ankunftsrate
der Kettenradzähne am Punkt des Loslösens der
Kette vom angetriebenen Kettenrad und den Schwankungen der Drehzahl
des antreibenden Kettenrads. Die Punkte a bis d in 3 entsprechen
jeweils den in den 2A bis 2D dargestellten
Stadien.
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Am
Punkt a nimmt die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt
K mit einer maximalen Rate zu, und dass ist der Grund warum die
obere Kurve in 3 am weitesten unterhalb der
Bezugslinie am Punkt a ist. Gleichzeitig nimmt die Drehzahl der
Kurbelwelle zu.
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Die
zunehmende 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.
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Am
Punkt b ist ein Punkt Pmin auf dem Kettenrad am Lösepunkt
K, die Ankunftsrate der Kettenradzähne am Lösepunkt
K ist maximal und die Veränderung der Ankunftsrate der
Zähne am Lösepunkt K ist Null. Punkt b fällt
zeitlich mit dem Punkt zusammen, an dem die Drehzahl des antreibenden
Kettenrads maximal ist. Das Reduzieren der Spannung im Lasttrum
der Kette CH, welches sich aus der höheren Rate mit der
die Kettenradzähne am Lösepunkt K eintreffen ergibt,
kompensiert weiterhin die erhöhte Spannung, die von der
höheren Drehzahl des antreibenden Kettenrads verursacht
wird.
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Am
Punkt c nimmt die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt
K mit einer maximalen Rate ab und das ist der Grund, warum die obere
Kurve in 3 am weitesten oberhalb der
Bezugslinie am Punkt c ist. Gleichzeitig nimmt die Drehzahl der
Kurbelwelle ab. Die Abnahme der Ankunftsrate der Zähne
am Lösepunkt K neigt dazu, die Spannung im Lasttrum der
Kette CH zu erhöhen, wobei diese die Ab nahme der Spannung,
die sich aus der Abnahme der Drehzahl des antreibenden Kettenrads
ergibt, kompensiert.
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Am
Punkt d ist eine Position Pmax auf dem Kettenrad am Lösepunkt
K. Die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt K ist
minimal und die Änderungsrate der Ankunftsrate der Zähne
am Lösepunkt K ist 0. Der Punkt an dem die Drehzahl des
antreibenden Kettenrads am niedrigsten ist, fällt mit diesem
Punkt d zusammen.
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Man
wird sehen, dass die Ankunftsrate der Zähne am Lösepunkt
K am angetriebenen Kettenrad am geringsten ist, wenn die Drehzahl
des antreibenden Kettenrads minimal ist und die Ankunftsrate der
Zähne am Lösepunkt am angetriebenen Kettenrad
am höchsten ist wenn die Drehzahl des antreibenden Kettenrads
maximal 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 effektiv zu absorbieren, und zwar ohne eine Auslenkung
oder ein Aufbringen einer Kraft in eine andere Richtung als die
Laufrichtung der Kette. 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 ganze Kettenantriebssystem verkleinert
werden, leichter ausgeführt werden und durch das Reduzieren
der Anzahl der beweglichen Teile vereinfacht werden. Gleichzeitig
können Geräusche, die durch Vibration der Kette
verursacht werden, reduziert werden.
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Die 4A und 4B sind
Schaubilder, die die Ergebnisse von Messungen der Spitzenspannung darstellen,
die an einem Vierzylinder-Reihenmotor mit einem standardmäßigen
Kettenrad durchgeführt wurden, und 4C ist
ein ähnliches Schaubild, das die Ergebnisse von Messungen
der Spitzenspannung darstellt, die am selben Motor unter Verwendung
eines erfindungsgemäßen angetriebenen Kettenrads
durchgeführt wurden, bei dem die Zahnteilung zyklisch zunimmt
und abnimmt.
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In 4A verursacht
die Kurbelwelle keine Schwankung der Drehzahl. Die Spannung in der
Kette schwankt infolge von Lastschwankungen geringfügig,
die sich aus dem Betrieb der Motornockenwelle ergeben.
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In 4B schwankt
die Drehzahl der Kurbelwelle und es wird eine hohe Schwankung der
Kettenspannung in Synchronisation mit der Schwankung der Drehzahl
erzeugt.
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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 Schwankung der
Spannung, die mit der Schwankung der Drehzahl des Kurbelwellenkettenrads
zusammenhängt, wird durch das 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 den in 4A dargestellten ähnlich.
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Im
in 4C dargestellten Beispiel ist die Kurbelwelle
auf eine Drehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute eingestellt. Die
Drehzahlen, an denen der spannungsmindernde Effekt der Erfindung
am größten ist, variieren in Abhängigkeit
von Umständen wie beispielsweise Bauart und Größe
des Motors und Größe und Anordnung anderer struktureller
Elemente. Das Kettenantriebssystem weist den größten
spannungsmindernden Effekt bei hohen Drehzahlen auf. Bei niedrigeren
Drehzahlen werden Schwankungen der Kettenspannung durch andere spannungsabsorbierende
Elemente absorbiert.
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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 eingestellt werden, so dass sogar wenn die
tatsächliche 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 bei ihrem Maximalwert
ist und die Ankunftsrate der angetriebenen Kettenradzähne
am Lösepunkt am geringsten ist, wenn die Drehzahl des Kettenrads
bei ihrem Minimalwert ist.
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Obwohl
das Kettenrad bei dem die Zahnteilung zyklisch zunimmt und abnimmt
im beschriebenen Ausführungsbeispiel das angetriebene Kettenrad
ist, kann als Alternative das antreibende Kettenrad eine zyklisch zunehmende
und abnehmende Zahnteilung aufweisen, und als eine weitere Alternative
können sowohl das antreibende Kettenrad als auch das angetriebene
Kettenrad eine zyklisch zunehmende und abnehmende Zahnteilung aufweisen.
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Wenn
das antreibende Kettenrad eine zyklisch zunehmende und abnehmende
Zahnteilung aufweist, nähert sich das Lasttrum der Kette
in Richtung dem angetriebenen Kettenrad und die Beziehung der Phase der
Zahnteilung am Eingriffspunkt am antreibenden Kettenrad zur Drehzahl
des antreibenden Kettenrads ist das Gegenteil der entsprechenden
Beziehung am angetriebenen Kettenrad. D. h. bei einer maximalen
Drehzahl des antreibenden Kettenrads sollte ein Punkt Pmax auf dem
antreibenden Kettenrad am Eingriffspunkt sein. Im Falle in dem beide
Kettenräder eine zyklisch variierende Zahnteilung aufweisen,
sollte ebenso ein Punkt Pmax am antreibenden Kettenrad, wenn ein
Punkt Pmin am angetriebenen Kettenrad am Lösepunkt K ist,
am Eingriffspunkt sein.
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Die
Verwendung einer zyklisch variierenden Zahnteilung ermöglicht
es, außer zyklischen Schwankungen der Drehzahl auch verschiedene
Vibrationen und Geräusche zu verhindern, die mit Schwingungsresonanz und
akustischer Resonanz in Zusammenhang stehen. Bezugszeichenliste
| 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 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2008-307545 [0002, 0002]
- - JP 2003-214504 [0003, 0005]
- - US 2007/0066430 [0009]
- - US 7125356 [0009]