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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft nachgiebige Getriebeanordnungen
im Allgemeinen und genauer eine nachgiebige Getriebeanordnung, z.
B. zur Verwendung in einem Getriebezug eines Motors, mit einer Nabe
und einem Zahnkranz, der in Reaktion auf ein auf die Getriebeanordnung
wirkendes Drehmoment aus einer koaxialen Ausrichtung heraus verschiebbar
ist.
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Hintergrund
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Seit
vielen Jahren werden mit Getrieben exzessive Störgeräusche
verbunden, die durch aufeinanderschlagende und rasselnde, klappernde
Verzahnungen entstehen. Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff „Getrieberasseln"
auf das Geräuschphänomen, bei dem die Zähne
nebeneinander liegender Zahnräder nicht mehr miteinander
kämmen und durch einen rückseitigen Zahnaufschlag
schnell wieder in Eingriff gedrängt werden, wobei ein hörbares Geräusch
erzeugt wird. Laute Geräusche aufgrund des Getrieberasselns
können nicht nur zu einer unangenehmen Arbeitsumgebung
führen; die Stöße zwischen den Verzahnungen
und Erschütterungen des Getriebesystems können
auch einen vorzeitigen Verschleiß und übermäßige
Belastungen der Systembauteile zur Folge haben. Darüber
hinaus kann, wenn ein bestimmtes Zahnrad gegen ein Partnerzahnrad,
mit dem es kämmt, rasselt, anstatt laufruhig ein Drehmoment
zu übertragen, Energie in einer für Fachleute
auf dem Gebiet der Getriebetechnik bekannten Weise verschwendet
werden.
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Im
Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren ist es üblich, eine
Reihe von Zahnrädern oder einen „Getriebezug"
zu verwenden, um bestimmte Motorkomponenten anzutreiben, und für
eine gewünschte relative Zeitsteuerung zwischen bestimmten
Zahnrädern zu sorgen. In einem Beispiel ist ein Kurbelwellenrad,
das durch die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird, rotatorisch
mit einem Nockenwellenrad verbunden, das wiederum mit einer oder mehreren
Nocken des Motors gekoppelt ist. Ein oder mehrere Zahnräder
mögen funktionell zwischen dem Kurbelwellenrad und dem
Nockenwellenrad angeordnet sein, um eine relative Zeitsteuerung
zwischen den beiden so aufrecht zu erhalten, dass bestimmte nockengesteuerte
Motorfunktionen wie das Öffnen bzw. Schließen
eines Ventils und die Kraftstoffeinspritzung zu einem gewünschten
Zeitpunkt relativ zu dem Kurbelwinkel des Motors zuverlässig
erfolgen.
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Bei
bestimmten Motoren kann die dynamische Arbeit der Kurbel- und Nockenwellenräder
beträchtlich sein, und dabei werden während des
Betriebs bedeutende Drehmomente übertragen. Somit ist es üblich,
dass sowohl das Kurbelwellenrad als auch das Nockenwellenrad während
des Motorbetriebs stoßartige Beschleunigungen und Abbremsungen
erfahren. Eine Zündung in einem Zylinder bringt ein Drehmoment
auf die Kurbelwelle und somit auf das Kurbelwellenrad auf, wohingegen
die Kraftstoffeinspritzung eher ein Drehmoment auf die Nockenwelle
und somit auf das Nockenwellenrad aufbringt. In einigen Motorsystemen
kann sich die Drehzahl der Nockenwelle aufgrund der Kraft von mechanisch
betätigten Kraftstoffinjektoren vorübergehend
von ihrer Durchschnittsdrehzahl um hunderte Umdrehungen pro Minute
verringern. Drehmomentimpulse von der Nockenwelle und der Kurbelwelle
können den Getriebezug unabhängig voneinander
beeinflussen, oder sie können sich addieren oder voneinander
subtraktiv sein. Das Zünden in einem Zylinder, das Kraftstoffeinspritzen
und andere Vorgänge laufen normalerweise in verhältnismäßig
schneller Aufeinanderfolge ab, und deshalb wird es für
einen Fachmann leicht verständlich sein, dass das dynamische
Verhalten des Getriebezugs unter solchen Bedingungen ziemlich komplex
ist. Die Energieübertragung durch einen verhältnismäßig
starren Getriebezug mit einer beträchtlichen Trägheit
und Flankenspiel der Bauteile, oder die Trennung miteinander kämmender
Zähne, kann eine Reihe sehr dynamischer Vorgänge
mit beträchtlicher Vergrößerung der Drehmomentspitzen darstellen,
besonders wenn große Massen verschiedener Zahnräder
mit verschiedenen Geschwindigkeiten aufeinanderprallen. In einigen
Fällen, beispielsweise wenn ein in der Technik als „Zwischen-
oder Losrad" bekanntes Zahnrad zur Zeitsteuerung zwischen dem Kurbel-
und Nockenwellenrad Drehmomentimpulse von einem oder beiden, dem
Nockenwellenrad und dem Kurbelwellenrad, erfährt, kann ein
intensives Klappern desselben hervorgerufen werden, bevor wieder
ein verhältnismäßig laufruhiger Arbeitsablauf
hergestellt wird. Der vordere Getriebezug ist vielleicht der bedeutendste
Geräusch erzeugende Teil eines Motorsystems.
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Es
hat sich gezeigt, dass die obengenannten Probleme besonders bei
hochbelastbaren Dieselmotoren akut sind, da diese eher als Leichtlast-
und/oder Ottomotoren dazu neigen, dass in einem größeren Betriebsbereich
Probleme wie Getrieberasseln auftreten. Außerdem wurde
auf den Wunsch, bestimmte gasförmige Emissionen in Dieselmotoren
zu reduzieren, durch höhere Spitzendrücke im Zylinder
und höhere Einspritzdrücke reagiert, was zu noch
größeren Stoßbelastungen im Getriebezug
führt.
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Zusätzlich
zu den offensichtlichen Vorteilen wie der Verminderung von Verschleiß und
geringeren Beanspruchung der Maschine und Verbesserungen in Bezug
auf die Verschwendung von Energie, schenken bestimmte Gesetzgebungen
Geräuschpegeln in Getriebezügen in Arbeitsmaschinen
verstärkt Beachtung. Es gibt somit viele Gründe
dafür, auf eine übermäßige Geräuscherzeugung
in Getriebesystemen einzugehen. Wie oben erwähnt, sind
Probleme im Zusammenhang mit exzessiven Getriebegeräuschen bereits
seit Jahren bekannt. Ingenieure haben deshalb auf verschiedenste
Weise versucht, Geräuschprobleme dieser Art zu beheben,
beispielsweise, indem sie das Massenträgheitsmoment des
Getriebezugs und der dazugehörigen Bauteile vergrößerten, um
seine Anfälligkeit in Bezug auf Drehmoment bezogene Störungen
zu vermindern. Dies wurde z. B. dadurch erreicht, dass die Masse
der Zahnräder selbst vergrößert wurde,
und/oder dadurch, dass Pendel in die Nocken- und Kurbelwellen eingebaut wurden.
Das Hinzufügen von Masse zum Motor und/oder zu Getriebezugbauteilen
hat offensichtliche Nachteile, wie z. B. die Erhöhung des
Gesamtgewichts, der Größe und der Kosten des Systems.
Ein weiterer Ansatz besteht darin, eine Nachgiebigkeit in den Getriebezug
einzubringen.
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Im
Allgemeinen sorgen nachgiebige Getriebe für eine reduzierte
Steifigkeit oder Schlupf im Getriebezug, die es einem oder mehreren
Zahnrädern ermöglichen, ihr Ansprechverhalten
auf Stoßbelastungen abzuschwächen. Ein bestimmtes
Zahnrad, das andernfalls aufgrund eines Drehmomentimpulses stark
beschleunigt oder abgebremst würde, kann seine Drehung
dank der Nachgiebigkeit graduell anpassen, um die Stoßbelastung
aufzunehmen. Somit ermöglichen es nachgiebige Getriebe,
dass aneinander angrenzende Zahnräder längere
Zeit miteinander kämmen als dies bei nichtnachgiebigen
Systemen der Fall ist, wodurch übermäßiger
Verschleiß, die mechanische Belastung und hörbare
Störgeräusche vermindert werden.
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In
einer nachgiebigen Getriebeanordnung werden „Scherengetriebe",
die aus zwei nebeneinander liegenden koaxialen Zahnrädern
bestehen, die eine gewisse Drehnachgiebigkeit aufweisen, dazu verwendet,
ein Drehmoment zu übertragen oder die Zeitsteuerung zwischen
oder unter anderen Zahnrädern beizubehalten. In einer typischen
Anordnung kämmt ein vorderes Zahnradteil eines Scheren-Radsatzes
mit einem ersten Zahnrad, und ein hinteres Zahnradteil des Scheren-Radsatzes
kämmt mit einem zweiten Zahnrad. Die Verzahnungen der jeweiligen
vorderen und hinteren Zahnradteile der Scherengetriebe sind relativ
zueinander bewegbar, so dass aneinander angrenzende Verzahnungen
sich auf eine Weise verhalten, die der Betätigung einer
Schere ähnlich ist, daher auch der Name. Obwohl eine solche
Anordnung, die eine Drehnachgiebigkeit zwischen den vorderen und
hinteren Zahnrädern einbringt, gewisse Vorteile hat, neigen
diese Systeme jedoch dazu, ziemlich teuer und komplex zu sein.
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Eine
weitere Getriebeanordnung, die eine Drehnachgiebigkeit verwendet,
ist aus dem
US-Patent Nr. 5,
170, 676 von Matouka et al. (im Folgenden „Matouka")
bekannt. Matouka erläutert einen Drehmomentbegrenzer zur
Verwendung in einem Getriebezug, der eine relative Bewegung, d.
h. eine Drehnachgiebigkeit, zwischen einer Nabe und einem Zahnkranz
ermöglicht, wenn ein bestimmter Drehmomentwert, der auf
das Zahnrad wirkt, überschritten wird. Matouka verwendet
eine Feder, deren Federkraft überwunden werden muss, bevor
der Zahnkranz und die Nabe durch Verdrehen von einer relativen Stellung
zueinander in eine andere gleiten können. Obwohl Matouka
in einigen Systemen angewendet werden kann, ist die Anordnung nicht
ohne Nachteile.
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf eines oder mehrere der oben dargelegten
Probleme oder Unzulänglichkeiten gerichtet.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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In
einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Getriebeanordnung
bereit, die eine eine erste Achse definierende Nabe und einen auf
der Nabe sitzenden Zahnkranz enthält. Der Zahnkranz definiert
eine zweite Achse und ist dazu ausgebildet, sich als Reaktion auf
ein auf die Getriebeanordnung wirkendes Drehmoment in eine Richtung
zu verschieben, die senkrecht zur ersten Achse steht. Zumindest
ein Aktor ist zwischen die Nabe und den Zahnkranz geschaltet und
ist dazu ausgebildet, den Zahnkranz in eine koaxiale Ausrichtung
mit der Nabe vorzuspannen.
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In
einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Arbeitsmaschine
bereit, die einen Motor mit einem Gehäuse und einem daran
gelagerten Getriebezug enthält. Der Getriebezug beinhalt
ein Kurbelwellenrad, ein Nockenwellenrad und eine nachgiebige Losradanordnung
mit einer drehbar an dem Gehäuse befestigten und eine Achse
definierenden Nabe. Die Losradanordnung enthält weiter
einen Zahnkranz, der dazu aufgebildet ist, mit dem Kurbelwellenrad
und dem Nockenwellenrad zu kämmen, das in Reaktion auf
ein auf das Losrad wirkendes Drehmoment von dem Kurbelwellenrad
und/oder dem Nockenwellenrad relativ zur Achse verschiebbar ist.
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In
noch einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein
Verfahren zur Handhabung von Belastungen, die auf ein Zwischenzahnrad
in einem Getriebezug eines Antriebsystems wirken, bereit. Das Verfahren
enthält die Schritte: Aufbringen eines Drehmoments auf
ein erstes Zahnrad mittels zumindest eines anderen Zahnrades, wobei
das erste Zahnrad ein Zwischenzahnrad ist, und Vorspannen eines
Zahnkranzes und einer Nabe des Zwischenzahnrades in eine koaxiale
Anordnungsbeziehung, durch zumindest einen Aktor, der dazwischen
angeordnet ist. Weiter enthält das Verfahren den Schritt des
Verschiebens des Zahnkranzes gegen die Vorspannung in eine Richtung
senkrecht zur Achse, in Reaktion auf das Drehmoment, das auf das
Zwischenzahnrad wirkt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine mit einem Antriebssystem
gemäß der vorliegenden Offenbarung,
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2 ist
eine Explosionsansicht eines nachgiebigen Getriebes gemäß der
vorliegenden Offenbarung,
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3a ist
eine perspektivische Ansicht von vom eines nachgiebigen Getriebes
gemäß der vorliegenden Offenbarung,
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3b ist
eine perspektivische Ansicht von hinten des nachgiebigen Zwischenradgetriebes
der 3a,
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
eines nachgiebigen Getriebes gemäß der vorliegenden
Offenbarung,
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5 ist
eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform
eines nachgiebigen Getriebes gemäß der vorliegenden
Offenbarung,
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6 ist
eine Schnittansicht eines Teils des nachgiebigen Zwischenradgetriebes
entlang der Linie 6-6 der 3a,
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7 ist
eine schematische Darstellung eines Antriebssystems gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
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8 ist
eine perspektivische Schnittansicht eines Zwischenradgetriebes gemäß noch
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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Bezugnehmend
auf die 1 ist ein Antriebssystem 10 in
einer Arbeitsmaschine 8 gezeigt, wobei das Antriebssystem
einen Motor 12, beispielsweise ein Reihenmotor mit Kompressionszündung, und
einen daran befestigten Drehbezug 11 enthält. Der
Getriebezug 11 kann ein Kurbelwellenrad 18, ein Nockenwellenrad 19 und
eine Zwischenradanordnung 20 umfassen. Das Nockenwellenrad 18 wird
typischerweise mit einer Nockenwelle (nicht gezeigt) verbunden,
die wiederum mit Kolbenstangen gekoppelt ist und hierdurch in herkömmlicher
Weise dreht. Das Nockenwellenrad 19 kann über
die Zwischenradanordnung 20 mit dem Kurbelwellenrad 18 rotatorisch
verbunden sein, um dazwischen eine gewünschte Zeitsteuerung
beizubehalten. Die Zwischenradanordnung 20 enthält
eine eine Achse C definierende Nabe 26 und einen Zahnkranz 22.
Obwohl das Antriebssystem 10 mit nur einer einzigen Zwischenradanordnung
gezeigt ist, könnten in anderen Ausführungsformen,
abhängig von der Motorgestaltung, mehrere Zwischen- oder
Losräder verwendet werden. Die Nabe 26 und der
Zahnkranz 22 werden so koaxial gegeneinander ausgerichtet
vorgespannt, dass die Achse des Zahnkranzes 22 mit der
Achse C zusammenfällt. Der Zahnkranz 22 ist in
Reaktion auf ein Drehmoment, das hierauf durch das Kurbelwellenrad 18 und/oder
das Nockenwellenrad 19 ausgeübt wird, in einer
zur Achse C senkrecht stehenden Achse verschiebbar.
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Der
Zahnkranz 22 kann um die Strecke D in eine solche Stellung
verschoben werden, dass dessen Drehachse in einer zur Achse C senkrecht
stehenden Richtung in die als Achse C' bezeichnete Stellung bewegbar
ist. Weil der Versatz des Zahnkranzes 22 relativ zur Nabe 26 um
die Strecke D die relative zeitliche Steuerung zwischen dem Nockenwellenrad 19 und
dem Kurbelwellenrad 18 beeinflussen kann, kann die verfügbare
Verschiebestrecke zumindest zum Teil auf der Basis einer zulässigen
Abweichung von der gewünschten zeitlichen Steuerung gewählt
werden. Mit anderen Worten: Weil der Zahnkranz 22 zu der
Synchronisierung des Nockenwellenrads 19 und des Kurbelwellenrads 18 beiträgt,
wird die Verschiebung des Zahnkranzes 22 zeitweilig zulassen,
dass das Nockenwellenrad 19 und das Kurbelwellenrad 18 etwas
asynchron sind. In Fällen, in denen die Steuerungsabweichungen
zwischen dem Nockenwellenrad 18 und dem Kurbelwellenrad 19 relativ
groß sind, kann die Verschiebestrecke D relativ groß sein.
Im Gegensatz hierzu sollte, wenn es die Betriebsbedingungen erfordern,
dass die Steuerungsabweichungen relativ klein sind, die Verschiebestrecke
D so gewählt sein, dass sie relativ klein ist. Wie zuvor
erwähnt, werden die Nabe 26 und der Zahnkranz 22 koaxial
zueinander vorgespannt, so dass, wenn das die Verschiebung des Zahnkranzes 22 verursachende
Drehmoment abnimmt, der Zahnkranz 22 und die Nabe 26 in
ihre koaxiale Ausrichtung zurückkehren, was irgendwelche
Abweichungen in der relativen Zeitsteuerung ausgleicht. Durch das
Verschieben des Zahnkranzes 22 können Lasten auf
die Zwischenradanordnung 20 und die hierin beschriebenen
anderen Ausführungsformen von Zwischenradanordnungen so
gelenkt werden, dass Geräusche, Verschleiß etc.
reduziert werden können und die miteinander kämmenden
Zahnräder während des Betriebs in Eingriff bleiben.
In der 1 repräsentiert der Pfeil A eine generelle
Verschieberichtung des Zahnkranzes 22 da, wohingegen die
Linien L1 und L2 dazu
verwendet werden, die Relativstellungen der Achse des Zahnkranzes 22 in
ihrer Ruhestellung oder vorgespannten Stellung bzw. in ihrer verschobenen
Stellung darzustellen.
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Wenden
wir uns nun den 2, 3a und 3b zu,
in denen eine Explosionsdarstellung und Perspektivansichten von
Vorn und Hinten von verschiedenen Bauteilen einer Ausführungsform
einer Zwischenradanordnung 20 gezeigt sind, die zur Verwendung
in einem Antriebssystem 10 der 1 geeignet
ist. Es sollte beachtet werden, dass irgendeine der hierin beschriebenen
Zwischenradanordnungen in irgendeiner der beschriebenen Motor- und
Getriebezugkonfigurationen wie auch mit anderen Systemen, die nicht
eigens dargestellt sind, eingesetzt werden kann. Die Zwischenradanordnung 20 enthält eine
Zahnkranz-Baugruppe 25, die einen außenverzahnten
Zahnkranz 22 und einen Innenring 24 aufweist.
Die Zahnkranz-Baugruppe 25 ist dazu ausgebildet, auf eine
Nabe 26 aufgesetzt zu werden, die wiederum eine Naben-Baugruppe 27 umfasst,
welche einen ersten und einen zweiten Nabenteil 26a und 26b aufweist.
In dem Getriebe 20 sind die Zahnkranz-Baugruppe 25 und
die Naben-Baugruppe 27 drehfest verbunden und sie werden
mit Hilfe wenigstens eines Aktors 31, beispielsweise auch
mehreren Aktoren, die Federn 52 und Blöcke 50a–d
umfassen, koaxial zueinander ausgerichtet vorgespannt. Wie hier
beschrieben, ist der Zahnkranz 22 dazu ausgebildet, relativ
zur Nabe 26 verschoben zu werden, jedoch sollte klar sein,
dass ein Teil oder alle Komponenten der Zahnkranz-Baugruppe 25 relativ
zu einem Teil oder allen Komponenten der Naben-Baugruppe 27 verschiebbar
sein können. Somit ist die hier gegebene Beschreibung des
sich relativ zur Nabe 26 verschiebenden Zahnkranzes 22 nicht
dahingehend zu interpretieren, dass nur der Zahnkranz 22 relativ
nur zur Nabe 26 bewegbar ist, sondern es können
auch andere Komponenten involviert sein. Die grundsätzliche
Anforderung besteht also darin, dass die Zwischenradanordnung 20 irgendein
Bauteil aufweist, das dazu in der Lage ist, in einer Richtung, die
zu der durch die Nabe 26 definierten Achse senkrecht verläuft,
eine Relativbewegung in Reaktion auf ein auf die Getriebeanordnung 20 wirkendes
Drehmoment auszuführen.
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Die
Naben-Baugruppe 27 kann des Weiteren auf einem Wellenstumpf 30 angebracht
sein, der dazu ausgebildet ist, die Getriebeanordnung 20 über eine
drehbare Befestigungswelle 60 mit dem Motor 12 zu
koppeln. Eine Buchse 28 kann ferner zwischen dem Wellenstumpf 30 und
der Naben-Baugruppe 27 angeordnet sein. Die mehreren Aktoren
können mehrere Blöcke 50a–d
enthalten, wovon jeder mit mehreren Federn 52 gekoppelt
ist und auf mehreren Stiften 54 befestigt ist. Wenn der
Zahnkranz 22 relativ zur Nabe 26 verschoben wird,
wird er sich gegen die Vorspannkraft der Federn 52 bewegen.
Somit mögen die Vorspannfedern 52 den Zahnkranz 22 und
die Nabe 26 zurück in ihre koaxiale Ausrichtung
drücken, wenn das auf die Getriebeanordnung 20 wirkende
Drehmoment, das die Verschiebung des Zahnkranzes 22 verursacht,
abnimmt. Obwohl in der dargestellten Ausführungsform der
Getriebeanordnung 20 die Aktoren 30 mit Federn
und Blöcken 52 und 50a–d gezeigt sind,
sollte klar sein, dass die vorliegende Offenbarung nicht hierauf
begrenzt ist. Es ist lediglich notwendig, dass wenigstens ein Aktor
vorhanden ist, der dazu in der Lage ist, die Nabe 26 und
den Zahnkranz 22 so vorzuspannen, dass sie koaxial zueinander ausgerichtet
sind. Der Ausdruck „Aktor", wie er hier benutzt wird, ist
so zu verstehen, dass er eine große Bandbreite von Vorrichtungen
umfasst, wie beispielsweise Feder-, Hydraulik-, Pneumatikaktoren
oder Kombinationen von Feder-, Hydraulik- und Pneumatikaktoren.
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Jeder
der mehreren Aktoren 31 kann innerhalb von Ausnehmungen 29a und 29b des
Nabenteils 26a bzw. 26b positioniert sein. Die
Zahnkranz-Baugruppe 25 kann wiederum wenigstens eine Kontaktfläche 41 enthalten,
beispielsweise auch mehrere Kontaktflächen, die sich auf
mehreren Klötzen 40a–d befinden, wovon
jeder zu einem der Blöcke 50a–d ausgerichtet
ist und die radial beabstandet um die Zahnkranz-Baugruppe 25 herum
angeordnet sind. Auf eine Verschiebung bewirkende Belastungen auf
die Getriebeanordnung 20 wird typischerweise dadurch reagiert,
dass die Klötze 40a–d gegen die Blöcke 50a-d
drücken. Da die gesamte Anordnung normalerweise auf der
Befestigungswelle 60 dreht, werden, wenn das die Verschiebung
bewirkende Drehmoment vorliegt, diejenigen Blöcke und Klötze, die
auf eine vorgegebene Verschiebebelastung reagieren, abhängig
von der relativen Winkelstellung der Getriebeanordnung 20 wechseln,.
Eine Abdeckungs- oder Ringplatte 32 kann ebenfalls vorhanden
sein, und in Verbindung mit mehreren Schrauben 62 getrennt
von den Stiften 54 alle zusammengesetzten Komponenten der
Getriebeanordnung 20 in der gewünschten Konfiguration
zusammenhalten. Es sollte beachtet werden, dass jede der Federn 52 eine
relativ hohe Vorlast erfordern kann, beispielsweise kann diese in
einigen Ausführungsformen im Bereich von 800 Pfund pro
Feder liegen und folglich können auch relativ robuste Mittel
zum Miteinanderverbinden aller Bauteile wünschenswert sein.
Ferner erleichtern Einstellfedern 52, die in eine mit der
Drehachse der Getriebeanordnung 20 zusammenfallende Richtung
zusammendrück- und expandierbar sind, den Zusammenbau,
da die Federn zusammengedrückt werden können und
die gesamte Anordnung mit Schrauben 62 mit einer relativ
kleinen Anzahl von Fügeschritten befestigt werden kann.
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Wenden
wir uns nun der 6 zu, in der eine Schnittansicht
entlang der Linie 6-6 der 3 gezeigt ist.
Die 6 zeigt den Zahnkranz 22, den Zahnkranz-Innenring 24,
einen Klotz 40a, einen Block 50a, eine Feder 52 und
einen Stift 54. Der Block 50a ist mit einem sich
hierdurch erstreckenden Stift 54 gezeigt; in anderen Ausführungsformen
kann jedoch der Block 5Oa ohne einen entsprechenden Stift
ausgebildet sein. In einer solchen Ausführungsform können die
Blöcke 50a allein in Ausnehmungen 29a und 29b, oder
in anderen Bauteilen, bewegbar und durch diese geführt
sein. Das Verschieben des Zahnkranzes 22 gegenüber
der Nabe 26b wird normalerweise beinhalten, das ein Haftreibungskoeffizient
zwischen dem Block 50 und dem Klotz 40a überwunden werden
muss. Eine Blockfläche 51 des Blocks 50a kann so
positioniert sein, dass sie an einer Kontaktfläche 41 des
Klotzes 40a verschiebbar anliegt. Zwischen den jeweiligen
Flächen 41 und 51 kann ein Schmiermittel
vorhanden sein. In der dargestellten Ausgestaltung sind die Flächen 51 und 41 zur
Drehachse der Getriebenordnung 20 diagonal ausgerichtet.
Es sollte beachtet werden, dass sich die relative Ausrichtung der
diagonalen Flächen von der dargestellten unterscheiden
kann, oder sogar umgekehrt sein kann, ohne dass der Grundgedanke
der vorliegenden Offenbarung verlassen wird. Zusätzlich
dazu, dass zum Verschieben des Zahnkranzes 22 und dessen
zugehörige Baugruppe 25 relativ zur Naben-Baugruppe 27 der
Haftreibungskoeffizient zwischen den Flächen 41 und 51 überwunden
werden muss, kann es notwendig sein, eine Vorbelastung der Federn 52 zu überwinden.
Somit könnte in den Fällen, in denen die Bereitstellung
eines steiferen Getriebezugs gewünscht wird, die Federn 52 etwas
höher vorgespannt sein, wohingegen für einen weniger
steifen Getriebezug, der eine größere Nachgiebigkeit
aufweist, die Federn 52 weniger vorgespannt sein können.
Die ungefähre Verschieberichtung zwischen dem Block 50a und
dem Klotz 40a während des Verschiebens des Zahnkranzes
ist in der 6 mittels des Pfeils E dargestellt.
Ein Fachmann wird zu würdigen wissen, dass eine ganze Reihe
von Faktoren zur Vorbelastung beitragen können, die zu überwinden ist,
wenn sich der Block 50a relativ zum Klotz 40a verschiebt.
Die relative Reibung zwischen den Gleitflächen, die Rampenneigung,
die Federvorspannung etc., all diese Faktoren können den
Level einer Vorbelastung beeinflussen, der von einem auf das Zahnrad
wirkenden Drehmoment erreicht oder übertroffen werden muss,
bis es zu einem Verschieben kommt. In einigen Ausführungsformen
wird die Federvorspannung lediglich durch die Abmessungen und Toleranzen
der verschiedenen Komponenten festgelegt werden.
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Wenden
wir uns nun der 4 zu, in der eine Getriebeanordnung 120 gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt ist.
Die Getriebeanordnung 120 weist Ähnlichkeiten mit
der Getriebeanordnung 20 auf und enthält eine Naben-Baugruppe 127 und
eine Zahnkranz-Baugruppe 125 mit einem Zahnkranz 122 und
einem Zahnkranz-Innenring 124 enthält. Ähnlich
der Getriebenanordnung 20 ist die Zahnkranz-Baugruppe 125 dazu
ausgebildet, sich relativ zu der Naben-Baugruppe 125 zu
verschieben in Reaktion auf ein auf die Getriebeanordnung 120 wirkendes
Drehmoment. Mehrere Aktoren, von denen jeder einen Block 140 und eine
Feder 152 enthält, sind zwischen der Naben-Baugruppe 127 und
der Zahnkranz-Baugruppe 125 angeordnet. Im Gegensatz zu
der Getriebeanordnung 20 gleiten die Blöcke 140 nicht
relativ zu irgendeinem Teil der Zahnkranz-Baugruppe 125,
sondern die Federn 152 bewegen sich in eine Richtung, die
durch den Pfeil B angedeutet ist, d. h. ungefähr senkrecht
zur Drehachse der Getriebeanordnung 120.
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Es
wird nun Bezug genommen auf die 5, in der
noch eine weitere Ausführungsform einer Getriebeanordnung 220 gemäß der
vorliegenden Offenbarung gezeigt ist. Die Getriebeanordnung 220 gleicht
den vorangehenden Ausführungsformen darin, dass ein äußerer
Zahnkranz 224 relativ zu einer Nabe 229 in Reaktion
auf ein auf die Getriebeanordnung 220 wirkendes Drehmoment
verschiebbar ist. Die Ausführungsform der 5 nutzt
allerdings anstatt Blöcke Federn 252, die radial
gesehen außen um die Naben-Baugruppe 229 herum
angeordnet sind und an eine Kontaktfläche 242 des
Zahnkranzes 224 anliegen.
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Bezugnehmend
auf die 7 ist ein Antriebssystem 410 gezeigt,
dass sich von dem Antriebssystem 10 darin unterscheidet,
dass ein Getriebezug des Motors 411 etwas näher
an der Reihenzylinderanordnung liegt und zusätzliche Zwischenzahnräder 421 enthält. Ähnlich
dem Antriebssystem 10 der 1 enthält
der Getriebezug 411 ein Nockenwellenrad 419 und
ein Kurbelwellenrad 418 und eine Zwischenradanordnung 420,
die einen Zahnkranz (in 7 nicht gezeigt) aufweist, der
in Reaktion auf ein auf die Getriebeanordnung wirkendes Drehmoment sich
so verschiebt, dass die Zahnkranzdrehachse sich ebenfalls in die
durch den Pfeil B angedeuteten Richtungen verschiebt. Es sind auch
die zwei relativen Stellungen O und O' der Drehachse des Zahnkranzes
gezeigt, ähnlich zu den verschiedenen Axialstellungen des
Zahnkranzes der in 1 gezeigten Getriebeanordnung 20.
Die Zwischenradanordnung 420 unterscheidet sich zudem von
den voranstehenden Ausführungsformen unter anderem dadurch, dass
anstatt, dass der Zahnkranz drehfest an der Nabe befestigt ist,
der Zahnkranz drehbar um die Nabe ist, die wiederum an dem Motor 412 befestigt ist.
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Wenn
man sich nun der 8 zuwendet, ist darin eine perspektivische
Schnittansicht der Zwischenradanordnung 420 gezeigt. Die
Zwischenradanordnung 420 enthält einen Zahnkranz 422,
der über einen Lagerring 423 auf einem Befestigungsring 424 angebracht
ist. Ein erster Nabenteil 426a ist ebenfalls vorhanden
und wird typischer Weise so gestaltet, dass er fest am Motor 412 befestigt
werden kann. Ein zweiter Nabenteil 426b kann an dem Befestigungsring 424 angebracht
sein und so konfiguriert sein, dass er relativ zu dem ersten Nabenteil 426a bewegbar
ist. Der erste und zweite Nabenteil 426a und 426b mögen
zur Paarung ausgestaltet sein und zwischen einer Stellung, in der
sie aneinander anliegen, und einer Stellung, in der sie voneinander
getrennt sind und in welcher der Zahnkranz 422 mit dem
ersten Nabenteil 426a, wie es hier beschrieben ist, koaxial
ausgerichtet ist, bewegbar sein. Wenn die Getriebeanordnung 420 einem
Drehmomentimpuls ausgesetzt ist, können sich der zweite
Nabenteil 426b, der Zahnkranz 422, der Lagerring 423 und
der Befestigungsring 424 alle als Einheit relativ zum ersten
Nabenteil 426a bewegen. In anderen Ausführungsformen
könnten die Funktionen der jeweiligen Nabenteile unter
Umständen umgekehrt sein. Des Weiteren könnte
die Getriebeanordnung 420 auch noch anstatt zwei eine andere
Anzahl von Nabenteilen aufweisen.
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Die
Getriebeanordnung 420 ist ferner mit zumindest einem Aktor
ausgestattet, der so ausgebildet ist, dass der Zahnkranz 422 in
eine koaxiale Ausrichtung mit dem ersten Nabenteil 426a vorgespannt wird.
Der zumindest eine Aktor mag zwei hydraulisch betätigte
Kompensationskolben 458 umfassen. Die Kompensationskolben 458 mögen
zumindest teilweise innerhalb des ersten Nabenteils 426a liegen
und mögen ferner jeweils eine Pressfläche 457 enthalten, die
einem Flüssigkeitsdruck der ersten und zweiten Druckkammer 459 ausgesetzt
ist, welche durch das erste Nabenteil 426a festgelegt sind.
Die Kompensationskolben 458 mögen ferner jeweils
in einer Buchse 456 bewegbar sein, die in dem zweiten Nabenteil 426b beispielsweise
durch Einpressen befestigt ist. Eine Feder 452 mag innenseitig
oder irgendwie anders zwischen jeweils den Druckkompensationskolben 458 und
den Hülsen 456 angeordnet sein. Aus Gründen,
die aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich werden, mögen
die Federn eine relativ weiche Federrate oder Federkonstante besitzen,
und in Zusammenwirkung mit dem Hydraulikdruck der Kammern 459 wird
zugelassen, dass der Zahnkranz 422 sich in Reaktion auf
Drehmomente, die auf die Getriebeanordnung 420 wirken,
verschiebt, jedoch die Getriebeanordnung 420 von bestimmten
Impulsfrequenzen des Getriebezugs 411, die als größtes
Problem während des Betriebs des Motors 412 erachtet werden,
dynamisch isoliert wird.
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Der
Getriebeanordnung 420 kann Hydraulikflüssigkeit
von einem Hydrauliksystem des Antriebssystems 410 zugeführt
werden, beispielsweise direkt von dem Motorblock des Motors 412.
Zu diesem Zweck mag der erste Nabenteil 426a zumindest
einen, beispielsweise zwei Flüssigkeitseinlässe 460 enthalten,
die jeweils mit einem Flüssigkeitszuführkanal 461 innerhalb
des Nabenteils 426a verbunden sind. Die Kanäle 461 mögen
wiederum über Einlassrückschlagventile 490,
beispielsweise Reed-Ventile mit Druckdruckkammern 478 verbunden
sein. Die Kammern 478 mögen beispielsweise durch
einen zweiten Satz von Hülsen 480 festgelegt sein,
die beispielsweise in den Nabenteil 426a durch Einpressen befestigt
sind. Zumindest ein, beispielsweise zwei Flüssigkeitsdruck-Aufbaukolben 482 mögen
in den Hülsen 480 bewegbar angeordnet sein und
so gekoppelt sein, dass sie sich mit dem Befestigungsring 424 bewegen.
Somit wird ein Verschieben des Befestigungsrings 424 mit
dem Zahnkranz 422 bewirken, dass die Kolben 482 sich
in den entsprechenden Hülsen hin und her bewegen, wenn
sich der Zahnkranz 422 und seine zugehörigen Bauteile
verschieben, wie es hierin beschrieben ist. Die Bewegung der Kolben 482 wird
abwechselnd über Ventile 490 Flüssigkeit
in die Kammern 478 saugen und Flüssigkeit über eine
Flüssigkeitsauslass 463, der mit jeder der Kammern 478 verbunden
ist, herausdrücken. Die Flüssigkeitsauslässe 463 mögen über
einen Flüssigkeitsdruckkanal 462 mit jeder der
Kammern 459 verbunden sein, wodurch zugelassen wird, dass
die durch die Kolben 482 unter Druck gesetzte Flüssigkeit
dorthin zugeführt wird. Rückschlagventile wie
beispielsweise Reed-Ventile mögen ebenfalls mit den Auslässen 463 verbunden
sein. Jede der Kammern 459 beinhaltet ferner einen Flüssigkeitsauslass 468,
beispielsweise einen Ringspalt in dem ersten Nabenteil 426a,
der mit einem Flüssigkeitsablauf 470 verbunden
ist. Die Auslässe 468 mögen sich mittels
Hülsen abwechselnd öffnen und schließen 456,
basierend auf dem Flüssigkeitsdruck in den Kammern 459,
wie es hierin beschrieben ist, und Lasten, die auf die Getriebeanordnung 420 wirken.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Zurückkehrend
zu der Ausführungsform der 2, 3a–b
und 6 wird sich während eines normalen Betriebs
des Getriebezugs die Getriebeanordnung 20 drehen, um ein
Drehmoment von dem Kurbelwellenrad 18 auf das Nockenwellenrad 19 zu übertragen,
wobei die gewünschte Zündzeiteinstellung des Motors
beibehalten wird, so dass die Kraftstoffeinspritzung und beispielsweise
die Ventilöffnung- und Schließung zu gewünschten
Zeitpunkten stattfinden kann. Während eines andauernden
Betriebs wird das Kurbelwellenrad 18 und/oder das Nockenwellenrad 19 impulsive
Drehmomentlasten erfahren, die auf die Getriebeanordnung 20 übertragen werden.
Die Vorspannung der Federn 20 wird typischer Weise den
Getriebezug relativ steif halten, wobei eine Nachgiebigkeit durch
ein Verschieben des Zahnkranzes 22 nur dann zugelassen
wird, wenn die Getriebeanordnung 20 einer Drehmomentbeanspruchung
unterworfen wird, die größer ist als ein vorbestimmter
Wert. Wenn entweder unabhängig voneinander von dem Kurbelwellenrad
oder dem Nockenwellenrad 19 oder gleichzeitig von beiden
ein ausreichendes Drehmoment auf die Getriebeanordnung 20 ausgeübt
wird, mag der Zahnkranz 22 anfangen, sich aus der koaxialen
Ausrichtung mit der Nabe 26 herauszubewegen. Insbesondere
Bezug nehmend auf die 6 wird der Versatz des Zahnkranzes 22 durch einen
Klotz 40a erfolgen, der entlang eines Blocks 50a in
der hier beschriebenen Weise gleitet. Da der Klotz 40a und
der Block 50a relativ zueinander gleiten, wird die Feder 52 zusammengepresst.
Es sollte beachtet werden, dass Klotz-Blockpaare, die in der Getriebeanordnung 20 einander
gegenüberliegen, in entgegengesetzte Richtungen gleiten
werden. Das Verschieben des Zahnkranzes 22 wird aufhören, wenn
entweder der Drehmomentimpuls aufhört, die Feder 52 einen
Zustand erreicht, in der sie nicht weiter zusammengedrückt
wird, oder wenn irgendeine mechanische Begrenzung wie beispielsweise
ein Anschlag (nicht gezeigt) bewirkt, dass der Zahnkranz 22 sich
nicht mehr weiter aus der koaxialen Ausrichtung mit der Nabe 26 heraus
verschiebt. Auf jeden Fall wird, wenn nicht länger ein
Drehmoment mit ausreichender Größe auf den Zahnkranz 22 ausgeübt
wird, wird dieser aufgrund des Ausdehnens der einen oder mehreren
Federn 52 beginnen, in die koaxiale Ausrichtung mit der
Nabe 26 zurückzukehren. Obwohl die Verschiebestrecke
des Zahnkranzes 22 relativ zur Nabe 26 durch nichts
begrenzt ist, ist sie relativ klein, beispielsweise beträgt
sie ungefähr 0,60 Millimeter. Diese relativ kleine Verschiebestrecke
mag in manchen Fällen ungefähr 0,52 Grad des Kurbelwellenwinkels
im Antriebssystem 10 entsprechen.
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Die
insbesondere unter Bezugnahme auf die 2, 3a, 3b und 6 beschriebene
Getriebeanordnung 20 bietet einen relativ kompakten Aufbau
der relativ leicht herzustellen, zusammenzufügen und zu
verpacken ist. Überdies schafft die symmetrische Anordnung
der Feder- und Blockaktoren um die Anordnung herum sowie das Zusammenwirken
der diagonalen Flächen der Klötze und Blöcke eine
Bauform, die in Reaktion auf Drehmomente, die auf die Getriebeanordnung
wirken, verschiebbar ist, ohne dass sie aus der vorbestimmten Ausrichtungsebene
mit den anderen Zahnrädern des Getriebezugs herauskippt. Überdies
mag das Zahnrad 22 sich in irgendeine andere Richtung verschieben,
wobei angedacht ist, dass die Verschieberichtung primär die
in 1 durch den Pfeil A dargestellte ist.
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Es
ist also des Weiteren klar, dass die besondere Anordnung und Anzahl
von Bauteilen der Getriebeanordnung 20 signifikant verändert
werden könnte, ohne dass der Grundgedanke der vorliegenden
Offenbarung verlassen wird. Beispielsweise sind Ausführungsformen
denkbar, bei denen, anstatt dass die Nabe und der Zahnkranz zusammen
drehbar sind, eine Mittelnabe am Motorgehäuse fest angebracht
ist und eine Zahnkranzanordnung um die Mittelnabe dreht, wobei Zahnkranzanordnung
mit Hilfe von zumindest einem Aktor zwischen der Nabe und dem Zahnkranz
in eine koaxiale Ausrichtung vorgespannt ist. Überdies
könnte anstatt einer zweiteiligen Nabe auch eine einteilige
Nabe verwendet werden und verschiedene zusätzlich Bauteile
wie beispielsweise ein Losrad-Axialdruckplatte hinzugefügt
werden. Anstatt separater Klötze, die festgeschraubt oder
irgendwie anders an dem Zahnkranz-Innenring befestigt sind, der
wiederum an dem außen verzahnten Zahnkranz angebracht ist,
könnte gleichermaßen möglicherweise auch
ein einteiliges Bauteil verwendet werden. In noch weiteren Ausgestaltungen
(nicht gezeigt) könnten anstatt Blöcke und Federn,
die mit der Drehachse der Getriebeanordnung ausgerichtet sind, alleinig
Federn verwendet werden, die geringfügig aus der Drehachse
der Getriebenanordnung heraus gerichtet sind und an eine oder mehrere
Flächen des Zahnkranzes oder der Zahnkranz-Baugruppe anschlagen,
die relativ zu der Drehachse der Getriebeanordnung diagonal ausgerichtet
ist. Eine solche Ausgestaltung könnte in analoger Weise
zu der Getriebeanordnung 20 funktionieren, jedoch relativ
gesehen eine geringere Anzahl von Bauteilen aufweisen.
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Die
in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen
werden mit einigen Ausnahmen in ähnlicher Weise wie die
Getriebeanordnung 20 funktionieren. In der Getriebeanordnung 120 der 4 und
der Getriebeanordnung 222 der 5 werden beispielsweise
Federn 152 und 252 zusammengedrückt,
ohne dass Bauteile gegeneinander gleiten, wenn die jeweiligen Zahnkränze
sich unter dem Einfluss eines Drehmoments verschieben, und dann wieder
expandieren, um die Bauteile in ihre koaxiale Ausrichtung zurückzudrängen.
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Die
Funktionsweise der Ausführungsform der 8 unterscheidet
sich von der Funktionsweise der zuvor erwähnten Ausführungsformen
in vielfacher Hinsicht, obwohl sie bestimmte Funktionsprinzipien
teilen. Während des Betriebs wird der Zahnkranz 422 um
die Nabenteile 426a und 426b auf dem Lager 423 drehen.
Der Zahnkranz 422 wird in eine koaxiale Ausrichtung mit
dem ersten Nabenteil 426a vorgespannt, wird aber zusammen
hiermit aus der koaxialen Ausrichtung verschoben, wenn ein ausreichend
großes Drehmoment auf den Zahnkranz 422 ausgeübt
wird. Die Vorspannung der Federn 452 durch Hydraulikkraft
mag einen relativ hohen Schwellwert für ein Verschieben
darstellen, entsprechend einer relativ starken Last auf die Getriebeanordnung 420.
Wenn sich der Zahnkranz 422 verschiebt, wird er wiederum
das Lager 423, den Befestigungsring 424 und den
zweiten Nabenteil 426b dazu bringen, sich hiermit zu bewegen.
Eine Bewegung des zweiten Nabenteils 426b gegen die Vorspannung
der Federn 452 wird bewirken, dass der ganz links befindliche
Flüssigkeitsdruck-Aufbaukolben 482, wie er in 8 gezeigt
ist, Flüssigkeit in die Kammer 478 drückt
und diese in die Kammer 459 einspeist, wodurch der Flüssigkeitsdruck
hierin erhöht oder beibehalten wird und folglich eine Hydraulikkraft über
die Druckflächen 457 auf die vorgespannten Federn 452 ausübt.
Gleichzeitig mag der in 8 ganz rechts liegende Flüssigkeitsdruck- Aufbaukolben 482 Flüssigkeit über
das Ventil 490 in die Kammer 478 saugen. Wenn
der Zahnkranz 422 durch die Vorspannkraft der Federn 452 in
eine koaxial ausgerichtete Stellung gegenüber dem ersten Nabenteil 426a zurückkehrt,
mag sich die Funktionsweise der Flüssigkeitsdruck-Aufbaukolben 482 umkehren.
Auf diese Weise kann ein Verschieben des Zahnkranzes 422 den
Flüssigkeitsdruck in den Kammern 459 beibehalten
und wiederum eine geeignete Vorspannkraft bereitstellen, um den
Zahnkranz 422 in die gewünschte Stellung zu drücken.
Da der Flüssigkeitsdruck in den Kammern 459 zunimmt,
werden die Nabenteile 426a und 426b dazu tendieren,
in eine vollständig voneinander getrennte Stellung gedrückt zu
werden. Ein zunehmender Flüssigkeitsdruck in den Kammern 459 wird
somit darauf abzielen, die Hülsen 4515 in Positionen
zu bewegen, in denen die Ringspalte 468 nicht bedeckt sind
und Flüssigkeit in die Abläufe 470 strömen
kann. Auf diese Weise mag die Vorspannkraft auf die Federn 452 durch
den Flüssigkeitsdruck in den Kammern 459 innerhalb
eines gewünschten Bereiches beibehalten werden und in Fällen,
in denen der Flüssigkeitsdruck sich verringert hat, wieder
aufgebaut werden.
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Die
Getriebeanordnung 420 mag dazu ausgebildet sein, durch
bestimmte Lasten sich relativ schnell auf eine Seite zu verschieben;
sie wird jedoch die Last weniger schnell oder weniger impulsiv auf ein
Zahnrad weiterleiten, das auf der gegenüberliegenden Seite
kämmt, weil es sich dreht und aufgrund des durch die Belastung
induzierten Verschiebens der Getriebeanordnung 420. Somit
wird die Getriebeanordnung 420 ermöglichen, dass
das Kurbelwellenrad 419 und/oder das Nockenwellenrad 418 die
jeweiligen dynamischen Schwingungen mit signifikant reduzierter
Wechselwirkungskraft durch den Getriebezug als bei herkömmlichen
Ausgestaltungen erfahren. Ein relativ kraftvoller Drehmomentstoß von
einem der Zahnräder 418 oder 419 wird
abgedämpft werden, da der Schlag zu dein anderen der Räder 418 und 419 übertragen
wird, was ermöglicht, dass die Trägheit der Zahnräder 418 und/oder 419 ohne
signifikante Rückschlage oder irgendwelche anderen unerwünschten Reaktionen
die Belastung aufnehmen kann. Dies ermöglicht es, dass
die Kurbelwelle und die Nockenwelle dynamische Schwingungen allgemein
unabhängig voneinander unterliegen.
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Die
Getriebeanordnung 420 kann eine Eigenfrequenz aufweisen,
d. h. eines der Nabenteile verschiebt sich relativ zum anderen,
die die durch die Zahnräder 418 und 419 vermittelten
Frequenzen effektiv ausfindig machen wird. Aufgrund der relativ weichen
Federrate der Federn 452 können jedoch die Federn 452 relativ
schnelle Verschiebungen aufnehmen, ohne dass sich die Bauteile der
Getriebeanordnung 420 bei kurzzeitigen Stützkraftschwankungen
der Federn 452 wesentlich bewegen. Mit anderen Worten:
Durch Vorgabe der Federrate der Federn 452 können
die Federn starke stoßartige Lasten aufnehmen, ohne dass
andere Bauteile der Getriebeanordnung 420 sich signifikant
bewegen müssen. Dies ermöglicht es, dass zur Aufnahme
relativ großer Lasten nur eine relativ kleine Verschiebung
zwischen den Nabenteilen 426b notwendig ist.
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Die
Rolle der Getriebeanordnung 420 mag somit die eines relativ
leichten und schnell reagierenden Zwischengetriebes sein, das die
Bewegungen und Stöße der anderen Zahnräder
aufnehmen kann, und ohne dass problematische Stöße
durch den Getriebezug 411 übertragen werden. Infolge
dessen mag der stabile Zustand oder die „normale" Last,
die durch die Getriebeanordnung 420 übertragen
wird, die Last sein, die notwendig ist, um ausreichend Energie von
dem Kurbelwellenrad 418 auf das Nockenwellenrad 419 zu übertragen,
um die Drehzahl des Nockenwellenrads 419 auf einer gewünschten
Drehzahl zu halten.
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Des
Weiteren wird durch das Aufbringen einer Vorspannung auf die Federn 452 über
die Kolben 458 eine ausreichende Federkraft bereitgestellt,
um die Getriebeanordnung 420 in gewünschter Weise vorzuspannen,
und wo keine Verschiebung notwendig ist die Verschiebung zwischen
den Nabenteilen 426a, 426b unter Last begrenzt.
Die Vorspannung der Federn 452 mag zu einer Drehmomentvorspannung
für die Getriebeanordnung 420 von beispielsweise
150 Nm führen, obwohl in anderen Motor- und Getriebezugsystemen
dieser Wert anders sein kann. Die Kombination einer relativ weichen
Federrate für die Federn 452 mit ausreichender
Reaktionskraft, die durch die Vorspannung bereitgestellt wird, ermöglicht es,
dass ein gleichmäßigeres Drehmoment durch den
Getriebezug 411 hindurchgeht, indem die Spitzen stoßartiger
Drehmomente von den zugehörigen Nocken- und Kurbelwellen
abgeschnitten werden. Überdies wird der Hydraulikdruck,
der notwendig ist, um eine ausreichende Federkraft über
die Kraft auf die Kolben 458 von den Kammern 459 bereitzustellen,
durch die Pumpwirkung der Kolben 482 bereitgestellt. Auf
diese Weise ist die Getriebeanordnung 420 selbstkompensierend,
wobei die Verschiebebewegung des Zahnkranzes 22 eingesetzt
wird, die dann auf die Kolben 482 übertragen wird,
um eine Vorspannkraft bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, den
Zahnkranz 422 in die gewünschte koaxiale Ausrichtung
zurückzudrücken, nachdem diese sich in Erwiderung
auf die stoßartigen Lasten verschoben hat.
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Die
Getriebeanordnung 420 wird somit normalerweise so gestaltet
sein, dass es sich relativ frei in Reaktion auf dynamische Lastfrequenzen
verschieben wird, wobei im Getriebezug 411 eine Nachgiebigkeit
geschaffen ist, wenn diese benötigt wird, jedoch die Hydraulik
es ermöglicht, dass Frequenzverschiebungen, die mit einer
Hauptlast verbunden sind, ausgelöscht werden, wodurch diese
Lasten durch die Getriebeanordnung 420 übertragen
werden können. Mit anderen Worten: die gewünschten Drehmomente
können leicht durch die Getriebeanordnung 420 hindurch
geleitet werden, wohingegen unerwünschte Drehmomente weniger
leicht weitergeleitet werden. Es kann zudem in Erwägung
gezogen werden, die Ausgestaltung der Getriebeanordnung 420 in
existierende Anordnungsbedingungen zu implementiert, und der Einsatz
von Hydraulikkraft macht es möglich, die vorgespannten
Federn 452 zu vermeiden, sodass es nicht notwendig ist,
innerhalb der Anordnung sehr stark zusammendrückbare Federn
anzuordnen. In anderen Ausführungsformen könnte
auch auf die hydraulischen Kompensationseinrichtungen verzichtet
werden, und es könnten irgendwelche andere eine Vorspannung
erzeugende Bauarten anstatt Federn 452 verwendet werden.
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Die
vorliegende Offenbarung stellt somit verschiedene Bauformen von
Getriebeanordnungen bereit, die dazu ausgestaltet sind, eine Verschiebebewegung
dazu einzusetzen, stoßartige Belastungen zu dämpfen.
Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Konzepten, die
eine rotatorische Nachgiebigkeit dazu benutzen, die gleichen Ziele
zu erfüllen. Die vorliegende Offenbarung unterscheidet
sich ferner von früheren Ausgestaltungen, die Lösungen
für das dynamisch Verhalten nahe der Erregungsquelle, d.
h. im Zusammenhang mit Motor-Getriebezügen das Nockenwellenrad
und das Kurbelwellenrad, suchen. Viele herkömmliche Getriebezüge
neigen dazu, anfangs ziemlich steif zu sein, und folglich kann die
relativ moderate Verschiebestrecke des Zahnrades in Richtung Kämmkräfte
zwischen den Zahnrädern die Kraftspitzen an den Zähnen
der Zahnräder signifikant verringern, indem die Energieübertragung
zwischen den und innerhalb der Zahnräder gedämpft
wird. In Systemen, die gemäß der vorliegenden
Offenbarung ausgestaltet und betrieben werden, wird das Zahnradrasseln,
das Störgeräusch und der damit verbundene Verschleiß und
die Rissbildung in Getriebezügen reduziert. Spitzendrehmomente
und die gesamte dynamische Aktivität im Getriebezug mag
ebenfalls wesentlich reduziert werden, und der Zahneingriff der Zähne
der Zahnräder kann besser beibehalten werden. In einigen
Ausführungsformen können existierende Getriebezüge
mit der nachgiebigen Getriebeanordnung der vorliegenden Offenbarung
nachgerüstet werden. Bei anderen Ausführungsformen
mag ein Getriebezug oder ein Motor bereits ursprünglich
gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgestaltet
und gebaut werden.
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Die
vorliegende Offenbarung dient nur zur Veranschaulichung und sollte
nicht dahingehend zu verstehen sein, dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung
in irgendeiner Weise geschmälert wird. Fachleuten ist klar,
dass verschiedene Modifikationen in den vorliegenden offenbarten
Ausführungsformen durchgeführt werden könnten,
ohne dass dadurch vom zugedachten Offenbarungsgehalt abgewichen
wird. Während die vorliegende Beschreibung im Wesentlichen
auf die Verwendung der beschriebenen nachgiebigen Getriebeanordnungen
im Zusammenhang mit Getriebezügen für Motoren
gerichtet ist, ist die vorliegende Offenbarung hierdurch nicht beschränkt.
Jedwedes Getriebesystem, bei dem eine gewisse Nachgiebigkeit zwischen
miteinander kämmenden Zahnrädern erwünscht
ist, mag von den Lehren der vorliegenden Offenbarung profitieren. Des
Weiteren sollte die vorliegende Beschreibung nicht als auf eine
Anwendung der hier gegebenen Lehren auf ein Inline-Getriebesystem
beschränkend erachtet werden, auch wenn im Zusammenhang
mit Verbrennungskraftmaschinen das Beibehalten der zeitlichen Steuerung
zwischen einem Kurbelwellenrad und einem Nockenwellenrad als relativ
wichtig erscheinen könnte und folglich nachgiebige Getriebeanordnungen
als insbesondere bei Motoren mit grob gesagt Inline-Getriebezügen
einsetzbar erachtet werden. In anderen technischen Bereichen, in
denen die zeitliche Steuerung von einem Zahnrad auf das andere relativ
unbedeutend ist, ist eine gewisse Nachgiebigkeit weiterhin erstrebenswert
und für die vorliegende Offenbarung anwendbar. Weitere
Aspekte, Merkmale und Vorteile werden nach Studium der beigefügten
Zeichnungen und angefügten Ansprüche deutlich.
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Zusammenfassung
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Eine
nachgiebige Getriebeanordnung (20, 120, 220, 420)
beinhaltet einen Zahnkranz (22, 122, 222, 422),
der auf eine Nabe (26, 129) gesetzt ist und dazu
ausgebildet ist, sich in Reaktion auf ein auf die Getriebeanordnung
(20, 120, 220, 420) wirkendes Drehmoment
zu verschieben, und der über zumindest einen Aktor (31, 52, 152, 252, 452)
in eine koaxiale Ausrichtung mit der Nabe (26, 129)
vorgespannt ist. Des Weiteren ist noch ein Verfahren zum Handhaben
von Belastungen auf ein Zwischenrad (20, 120, 220, 420)
in dem Getriebezug (11, 411) bereitgestellt, das
das Verschieben des Zahnkranzes (22, 122, 222, 422)
in Reaktion auf das Drehmoment auf das Zwischenzahnrad (20, 120, 220, 420)
beinhaltet. Eine Arbeitsmaschine (8) beinhaltet einen Motor
(10, 410) mit einem Gehäuse (12, 412)
und einem hieran gelagerten Getriebezug (11, 411),
wobei der Getriebezug (11, 411) ein Kurbelwellenrad
(14, 418), ein Nockenwellenrad (19, 419)
und eine nachgiebige Zwischenradanordnung (20, 120, 220, 420)
umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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