DE112015004450B4

DE112015004450B4 - Drehelastisches Kettenrad mit Sperrmechanismus

Info

Publication number: DE112015004450B4
Application number: DE112015004450.7T
Authority: DE
Inventors: Mariano Garcia; Matthew Crump
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2035-10-15
Also published as: CN107076291B; DE112015004450T5; JP2017532513A; US9958051B2; KR20170056706A; CN107076291A; US20170314665A1; JP6228714B2; KR101868333B1; WO2016069260A1

Abstract

Drehelastisches Kettenradsystem, umfassend:ein erstes Kettenrad (250);ein zweites Kettenrad (230), das in einer Beziehung Seite an Seite mit dem ersten Kettenrad (250) montiert ist;ein flexibles Element (270), das elastisch das zweite Kettenrad (230) mit dem ersten Kettenrad (250) koppelt, um eine begrenzte Winkeldrehung des zweiten Kettenrades (230) in Bezug auf das erste Kettenrad (250) zu erlauben; undeine Sperrstruktur (300, 600, 700), die zu einer eingerückten Stellung hin vorgespannt ist, in der die Winkelbewegung des zweiten Kettenrades (230) in Bezug auf das erste Kettenrad (250) eingeschränkt wird, und die sich in Ansprechen auf die Drehung des ersten Kettenrades (250) in eine ausgerückte Stellung bewegt, in der die Winkelbewegung des zweiten Kettenrades (230) in Bezug auf das erste Kettenrad (250) zugelassen wird.

Description

HINTERGRUND
Auf dem Gebiet der Kettenantriebssysteme für Kraftfahrzeuge können drehelastische Kettenräder verwendet werden, um Kettenantriebe von Torsionsschwingungen zu isolieren. Elastische Kettenräder können ein flexibles Element umfassen, um eine gewisse Nachgiebigkeit zwischen der Kettenradwelle und der Kette oder dem Zahnrad einzubringen. Das flexible Element dient als mechanischer Tiefpassfilter, der die Intensität der Torsionsschwingungen, die an der Kette oder dem Zahnrad erfahren werden, relativ zu jenen an der Kettenradwelle verringert. Typische Konstruktionen umfassen ein Kettenrad, das in innere und äußere oder vordere und hintere Teile unterteilt ist, die durch ein flexibles Element, wie etwa eine Torsionsfeder, verbunden sind. Bekannte Konstruktionen neigen dazu, durch Leistungsanforderungen im Motorleerlauf beschränkt zu werden, da die Erregungen durch die Zündreihenfolge bei niedriger Drehzahl nahe der Resonanzfrequenz des Ketten-/Kettenrad-Systems liegen.
Die WO 2013/ 152 430 A1 beschreibt eine Kupplungsanordnung, die einen Elektromagneten verwendet, um einen Magnetkreis zu erzeugen, der einen Anker in eine Position treibt, in der er die Kupplung einrastet, um ein rotierendes Element mit einem stationären Element zu verbinden. Das Kupplungssystem kann eine Einrichtung zum Dämpfen der Torsionsschwingung enthalten, insbesondere in Form eines Gummidämpfungselements. Eine derartige Kupplungsanordnung ist auch zur Verwendung mit Kettenrädern beschrieben.
Die DE 11 2012 001 651 T5 beschreibt einen für Kettenräder geeigneten Antrieb mit mehreren Geschwindigkeiten zum Steuern einer Last, die von einer Kurbelwelle eines Motors angetrieben wird. Der Antrieb weist eine Einrichtung zum Dämpfen in Form von Gummi-Dämpfungselementen auf.
Die DE 10 2005 055 034 B3 beschreibt ein auch für Kettenräder geeignetes Antriebssystem mit Federungs- und Dämpfungselement in Form von zumindest zwei gewickelten Drahtfedern, die gegensinnig gewickelt und gegeneinander vorgespannt sind.
Die DE 699 28 624 T2 beschreibt ein torsionsnachgiebiges Kettenradsystem, das Kurbelwellentorsionsschwingungen absorbiert und ihre Übertragung auf andere Komponenten in einem Motorsystem minimiert. Insbesondere sind bei dem vorliegenden System elastische Federelemente zwischen einem Kurbelwellenkettenrad und einem benachbarten Ausgleichswellen-antriebskettenrad angeordnet, die miteinander verbunden sind. Ein Dämpfungsmechanismus sorgt für eine Dämpfung des Systems, um resonante Schwingungen zu reduzieren.
Weitere Kettenradsysteme mit Dämpfungseinrichtungen sind aus der DE 699 16 957 T2 , der DE 699 32 753 T2 und der DE 699 02 358 T2 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der offenbarten Ausführungsformen ist ein drehelastisches Kettenradsystem, das ein erstes Kettenrad und ein zweites Kettenrad umfasst, das in einer Beziehung Seite an Seite mit dem ersten Kettenrad montiert ist. Ein flexibles Element koppelt elastisch das zweite Kettenrad mit dem ersten Kettenrad, um eine begrenzte Winkeldrehung des zweiten Kettenrades in Bezug auf das erste Kettenrad zu erlauben. Eine Sperrstruktur ist zu einer eingerückten Stellung hin vorgespannt, in der die Winkelbewegung des zweiten Kettenrades in Bezug auf das erste Kettenrad eingeschränkt wird. Die Sperrstruktur bewegt sich in Ansprechen auf die Drehung des ersten Kettenrades in eine ausgerückte Stellung, in der die Winkelbewegung des zweiten Kettenrades in Bezug auf das erste Kettenrad zugelassen wird.
Ein weiterer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen ist ein drehelastisches Kettenradsystem für einen Motor, der eine Kurbelwelle umfasst, die sich an einer Achse dreht. Das drehelastische Kettenradsystem umfasst einen Nabenabschnitt, der an der Kurbelwelle montiert ist, ein Kurbelwellen-Antriebskettenrad, das an dem Nabenabschnitt angeordnet ist, so dass es daran gehindert ist, sich in Bezug auf den Nabenabschnitt zu drehen, und ein Ausgleichswellen-Antriebskettenrad, das an dem Nabenabschnitt in einer Beziehung Seite an Seite mit dem Kurbelwellen-Antriebskettenrad angeordnet ist. Ein flexibles Element koppelt elastisch das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad mit dem Kurbelwellen-Antriebskettenrad, um eine begrenzte Winkeldrehung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad zuzulassen. Eine Sperrstruktur ist zu einer eingerückten Stellung hin vorgespannt, in der die Winkelbewegung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad eingeschränkt wird. Die Sperrstruktur bewegt sich in Ansprechen auf die Drehung des Kurbelwellen-Antriebskettenrades in eine ausgerückte Stellung, in der die Winkelbewegung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad zugelassen wird. Die Sperrstruktur bewegt sich in Ansprechen auf die Drehung des Nabenabschnitts über einer Schwellendrehzahl aus der eingerückten Stellung in die ausgerückte Stellung und bewegt sich in Ansprechen auf die Drehung des Nabenabschnitts unter der Schwellendrehzahl aus der ausgerückten Stellung in die eingerückte Stellung.
Figurenliste
Die hierin enthaltene Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen sich innerhalb der verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen. In den Zeichnungen zeigt:

1 ist eine Darstellung, die ein Kurbelwellen- und Ausgleichswellen-Antriebssystem für einen Verbrennungsmotor zeigt;
2 ist eine perspektivische Darstellung, die ein drehelastisches Kettenrad zeigt, das eine Sperrstruktur gemäß einem ersten Beispiel umfasst;
3 ist eine seitliche Schnittansicht des drehelastischen Kettenrades von 2;
4 ist eine schematische Ansicht und zeigt ein erstes Beispiel einer radialen Anordnung für die Sperrstrukturen des drehelastischen Kettenrades von 2;
5 ist eine schematische Ansicht und zeigt ein zweites Beispiel einer radialen Anordnung für die Sperrstrukturen des drehelastischen Kettenrades von 2;
6 ist eine Detailansicht und zeigt eine Sperrstruktur gemäß einem zweiten Beispiel, das mit dem drehelastischen Kettenrad von 2 verwendet werden kann; und
7 ist eine Detailansicht und zeigt eine Sperrstruktur gemäß einem dritten Beispiel, das mit dem drehelastischen Kettenrad von 2 verwendet werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Offenbarung hierin bezieht sich auf ein drehelastisches Kettenradsystem mit einer Sperrstruktur. Die hierin beschriebenen drehelastischen Kettenräder umfassen ein elastisches Kettenrad, das an einer Nabe mittels eines flexiblen Elements montiert ist, das Eingangs-Torsionsschwingungen absorbiert, während das elastische Kettenrad sich mit der Nabe dreht. Die Sperrstruktur ist bei niedrigen Drehzahlen eingerückt, um Schwingungen zu verringern oder zu beseitigen, die sich ergeben würden, wenn die Eingangs-Torsionsschwingungen nahe der Resonanzfrequenz des Ketten-/Kettenradsystems liegen.
1 ist eine Darstellung, die ein Kurbelwellen- und Ausgleichswellen-Antriebssystem 100 für einen Verbrennungsmotor zeigt. Eine drehelastische Kettenradanordnung 200 ist mit einer Kurbelwelle 110 des Verbrennungsmotors verbunden. Die drehelastische Kettenradanordnung 200 umfasst ein Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 und ein Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250. Das Kurbelwellen- und Ausgleichswellen-Antriebssystem 100 ist ein Beispiel für ein System, in dem die drehelastische Kettenradanordnung 200 verwendet werden kann. Es sollte klar sein, dass die drehelastische Kettenradanordnung 200 auch in anderen Anwendungen verwendet werden kann.
Das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 treibt eine erste Kette 120 an. Die erste Kette 230 treibt eine oder mehrere Ausgleichswellen an, etwa eine erste Ausgleichswelle 122, und eine zweite Ausgleichswelle 124, die jeweils durch ein erstes Ausgleichswellen-Kettenrad 123 und ein zweites Ausgleichswellen-Kettenrad 125 angetrieben werden. Das erste Ausgleichswellen-Kettenrad 123 und ein zweites Ausgleichswellen-Kettenrad 125 stehen jeweils mit der ersten Kette 120 in Eingriff. Die erste Kette 120 kann rein beispielhaft auch ein zusätzliches Antriebskettenrad 126 und ein Zwischenkettenrad 128 antreiben. In einer alternativen Implementierung können die Ausgleichswellen durch einen Getriebezug angetrieben werden. In einer solchen Implementierung werden die Kettenräder durch Zahnräder ersetzt, und die Kette durch einen Getriebezug.
Das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 250 treibt eine zweite Kette 130 an. Die zweite Kette 150 treibt eine oder mehrere Nockenwellen an, etwa eine erste Nockenwelle 132, und eine zweite Nockenwelle 134, die jeweils durch ein erstes Nockenwellen-Kettenrad 133 und ein zweites Nockenwellen-Kettenrad 135 angetrieben werden. Das erste Nockenwellen-Kettenrad 133 und das zweite Nockenwellen-Kettenrad 135 stehen jeweils mit der zweiten Kette 130 in Eingriff. Die zweite Kette 130 kann als Beispiel auch ein Zwischenkettenrad 136 antreiben.
Wie in 2-3 gezeigt, umfasst die drehelastische Kettenradanordnung 200 einen Nabenabschnitt 210 und das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230. Der Nabenabschnitt 210 ist ringförmig und an der Kurbelwelle 110 montiert, indem der Nabenabschnitt 210 auf die Kurbelwelle 110 so aufgeschoben wird, dass die Kurbelwelle 110 in einer allgemein zylindrischen Bohrung 212 aufgenommen ist, die sich axial durch den Nabenabschnitt 210 erstreckt. Wenn sie an der Kurbelwelle 110 platziert ist, ist ein erstes Ende 214 des Nabenabschnitts 210 benachbart zu dem Motor angeordnet, und ein zweites Ende 216 des Nabenabschnitts 210 ist dem Fahrzeug gegenüber angeordnet. Damit der Nabenabschnitt 210 sich im Gleichsinn mit der Kurbelwelle 110 dreht, kann eine Eingriffsstruktur, etwa eine Keilwelle 218, an einer inneren Oberfläche des Nabenabschnitts 210 entlang einer allgemein zylindrischen Bohrung 212 ausgebildet sein. Die Keilwelle 218 ist dazu ausgestaltet, in eine komplementäre Struktur einzugreifen, die an der Kurbelwelle 110 ausgebildet ist, und dieser Eingriff verhindert die Drehung des Nabenabschnitts 210 in Bezug auf die Kurbelwelle 110.
Das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 ist an dem Nabenabschnitt 210 an einer Stelle angeordnet, die axial von dem ersten Ende 214 des Nabenabschnitts 210 beabstandet ist. Das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 ist dazu ausgestaltet, in eine Kette einzugreifen, etwa durch eine Vielzahl von Zähnen 252, die an dem Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 ausgebildet sind und sich radial nach außen von einem äußeren Umfang 211 des Nabenabschnitts 210 erstrecken. In dem veranschaulichten Beispiel ist das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 als ein integraler Teil des Nabenabschnitts 210 ausgebildet. Als eine Alternative kann das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 separat von dem Nabenabschnitt 210 ausgebildet sein und sowohl axial und drehungsmäßig an dem Nabenabschnitt 210 fixiert sein, so dass das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 sich im Gleichsinn mit dem Nabenabschnitt 210.
Ein ringförmiger Flansch 220 ist an dem Nabenabschnitt 210 zwischen dem Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 und dem zweiten Ende 216 des Nabenabschnitts 210 ausgebildet. In dem veranschaulichten Beispiel ist der ringförmige Flansch 220 als ein integraler Teil des Nabenabschnitts 210 ausgebildet. Ein äußerer Umfang 222 des ringförmigen Flanschs 220 weist einen Außendurchmesser auf, der größer als der Nennaußendurchmesser des äußeren Umfangs 211 des Nabenabschnitts 210 ist. Eine radiale Seite 224 des ringförmigen Flanschs 220 weist zu dem zweiten Ende 216 des Nabenabschnitts 210, und erstreckt sich in einer Ebene, die senkrecht auf die axiale Richtung des Nabenabschnitts 210 steht.
Das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 ist dazu ausgestaltet, in eine Kette einzugreifen, etwa durch eine Vielzahl von Zähnen 232, die an dem Kurbelwellen-Antriebskettenrad 232 ausgebildet sind und sich radial nach außen erstrecken. Das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad ist an dem Nabenabschnitt 210 zwischen dem ringförmigen Flansch 220 und dem zweiten Ende 216 der Nabe angeordnet. Das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 sitzt gegen den äußeren Umfang 222 und die radiale Seite 224 des ringförmigen Flanschs 220. Um das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 gegen den ringförmigen Flansch 220 zu halten und daran zu hindern, sich axial zu dem zweiten Ende 216 des Nabenabschnitts 210 hin zu bewegen, steht ein Sicherungselement, etwa ein Schnappring oder Wellenfederring 260, mit einer vorderen Seite 234 des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 in Eingriff. Der Wellenfederring 260 ist in einer ringförmigen Nut 226 angeordnet, die an dem Nabenabschnitt 210 ausgebildet ist und sich von dem äußeren Umfang 211 des Nabenabschnitts 210 einwärts erstreckt.
Das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 weist einen abgestuften inneren Umfang auf, der eine erste innere Oberfläche 236 und eine zweite innere Oberfläche 238 umfasst. Die erste innere Oberfläche 236 definiert einen kleineren Innendurchmesser als die zweite innere Oberfläche 238. Die erste innere Oberfläche 236 ist benachbart zu der vorderen Seite 234 und sitzt gegen den äußeren Umfang 211 des Nabenabschnitts 210. Die zweite innere Oberfläche 238 weist zu dem äußeren Umfang 222 des ringförmigen Flanschs 220. Eine innere Seite 240 erstreckt sich von der ersten inneren Oberfläche 236 zu der zweiten inneren Oberfläche 238 und liegt in einer Ebene, die senkrecht zur axialen Richtung des Nabenabschnitts 210 steht. Die innere Seite 240 ist zu der radialen Seite 224 des ringförmigen Flanschs 220 hin orientiert und dazu benachbart.
Das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 ist mit dem Nabenabschnitt 210 durch ein flexibles Element verbunden, das eine begrenzte Winkeldrehung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 in Bezug auf den Nabenabschnitt 210 und der Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 zulässt. Das flexible Element erlaubt die relative Drehung, um Schwingungen zu absorbieren, die von der Kurbelwelle 110 übertragen werden, während das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 zurück in eine neutrale Stellung in Bezug auf den Nabenabschnitt 210 und das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 gedrängt wird. In dem veranschaulichten Beispiel ist das flexible Element eine flächige Torsionsfeder 270, die mit dem Nabenabschnitt 210 und dem Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 verbunden ist.
Die flächige Torsionsfeder 270 erstreckt sich von einem ersten Ende 272 zu einem zweiten Ende 274. An dem ersten Ende 272 ist die flächige Torsionsfeder 270 mit einem ersten Stift 273 verbunden. Der erste Stift 273 verbindet das erste Ende 272 der flächigen Torsionsfeder 270 mit dem ringförmigen Flansch 220 des Nabenabschnitts 210. Der erste Stift 273 sitzt in einer Öffnung 221, die durch den ringförmigen Flansch 220 ausgebildet ist. Der Durchmesser der Öffnung 221 ist komplementär zu dem Außendurchmesser des ersten Stifts 273, so dass die Stellung des ersten Stifts 273 in Bezug auf den ringförmigen Flansch 220 fixiert bleibt. Dementsprechend bewegt sich der erste Stift 273 im Gleichsinn mit dem Nabenabschnitt 210.
Da das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 zwischen dem ringförmigen Flansch 220 und der flächigen Torsionsfeder 270 angeordnet ist, wird ein bogenförmiger Schlitz 242 durch das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 von der inneren Seite 240 zu einer äußeren Seite 244 ausgebildet. Somit erstreckt sich der erste Stift 273 durch den bogenförmigen Schlitz 242 von dem ringförmigen Flansch 220 zu der flächigen Torsionsfeder 270. Der bogenförmige Schlitz 242 ist länglich ringförmig und erstreckt sich entlang eines Kreisbogens, der seinen radialen Mittelpunkt entlang der Drehachse des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 hat. Da die ringförmige Länge des bogenförmigen Schlitzes 242 größer als der Durchmesser des ersten Stifts 273 ist, ist das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 in der Lage, sich durch einen begrenzten Bereich der Winkeldrehung in Bezug auf den Nabenabschnitt 210 zu bewegen, wobei der Bereich der Winkeldrehung begrenzt wird, wenn der erste Stift 273 eines der Enden des bogenförmigen Schlitzes 242 erreicht.
Der zweite Stift 275 ist mit dem Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 verbunden. Diese Verbindung erfolgt auf eine Weise, die keine Bewegungen des zweiten Stifts 275 in Bezug auf das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad zulässt. Zum Beispiel kann der zweite Stift 275 in einer komplementär dimensionierten Öffnung (nicht dargestellt) sitzen, die sich durch das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 erstreckt. Die flächige Torsionsfeder 270 überträgt somit Drehkraft von dem Nabenabschnitt 210 an das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230, während sie die Kurbelwellenschwingungen absorbiert. Die flächige Torsionsfeder 270 weist eine Ruhestellung auf, die der Stellung entspricht, in die sie zurückkehrt, wenn keine externen Kräfte wirken. Ist die flächige Torsionsfeder 270 in ihrer Ruhestellung, ist das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 in einer Neutralstellung in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250, und ist in Phase in Bezug auf die Nockenwelle. Während die Kurbelwellenschwingungen absorbiert werden, drängt die Federkraft, die durch die flächige Torsionsfeder 270 ausgeübt wird, das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 zu seiner neutralen Stellung in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 hin.
Wie in 3 zu sehen, umfasst die drehelastische Kettenradanordnung 200 eine Sperrstruktur 300. Die Sperrstruktur 300 ist betätigbar, um sich zwischen einer eingerückten Stellung und einer ausgerückten Stellung zu bewegen. In der eingerückten Stellung wird die Winkelbewegung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 in Bezug auf den Nabenabschnitt 210 und das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 beschränkt. In der ausgerückten Stellung wird die Winkelbewegung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 in Bezug auf den Nabenabschnitt 210 und das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 zugelassen.
Die Sperrstruktur 300 kann auf Grundlage der Drehzahl des Nabenabschnitts 210 zwischen der eingerückten und ausgerückten Stellung bewegt werden. Zum Beispiel kann sich die Sperrstruktur 300 in Ansprechen auf die Drehung des Nabenabschnitts 210 über einer Schwellendrehzahl aus der eingerückten Stellung in die ausgerückte Stellung bewegen, und kann sich aus der ausgerückten Stellung in die eingerückte Stellung bewegen, wenn der Nabenabschnitt 210 sich unter diese Drehzahl verlangsamt.
In dem veranschaulichten Beispiel umfasst die Sperrstruktur 300 eine erste Öffnung 310 und eine zweite Öffnung 320. Die erste Öffnung 310 ist in dem ringförmigen Flansch 220 des Nabenabschnitts 210 ausgebildet und erstreckt sich von der radialen Seite 224 des ringförmigen Flanschs 220 einwärts. Die erste Öffnung 310 erstreckt sich radial nach außen, so dass die erste Öffnung 310 sich entlang einer Linie erstreckt, die nicht parallel und nicht senkrecht in Bezug auf die Achse des Nabenabschnitts 210 ist. Somit befindet sich ein geschlossenes Ende 312 der ersten Öffnung 310 radial weiter von der Achse des Nabenabschnitts 210 weg als die Öffnung der ersten Öffnung 310 an der radialen Seite 224 des ringförmigen Flanschs 220. Die zweite Öffnung 320 ist in der inneren Seite 240 des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 ausgebildet. In dem veranschaulichten Beispiel ist die zweite Öffnung 320 allgemein halbkugelförmig, doch können auch andere Geometrien eingesetzt werden.
Die offenen Enden der ersten Öffnung 310 und die zweite Öffnung 320 sind radial ausgerichtet. Wenn sich die Sperrstruktur 300 in der eingerückten Stellung befindet, sind die offenen Enden der ersten Öffnung 310 und der zweiten Öffnung 320 auch drehungsmäßig ausgerichtet. Wenn sich die Sperrstruktur 300 in der ausgerückten Stellung befindet, können sich die offenen Enden der ersten Öffnung 310 und der zweiten Öffnung 320 in und aus der drehungsmäßigen Ausrichtung miteinander bewegen, in Übereinstimmung mit der Winkelbewegung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 in Bezug auf den Nabenabschnitt 210 und das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250.
Um das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 in Bezug auf den Nabenabschnitt 210 zu sperren und freizugeben, umfasst die Sperrstruktur ein Eingriffselement, etwa eine Rastkugel 330, die durch ein elastisches Vorspannungselement, wie etwa eine Druckfeder 340, in Eingriff mit der zweiten Öffnung 320 gedrängt wird. In der eingerückten Stellung der Sperrstruktur 300 ruht die Rastkugel 330 in der zweiten Öffnung 320 und zum Teil in der ersten Öffnung 310 angeordnet. Da die Rastkugel 330 in der eingerückten Stellung die Schnittstelle zwischen der radialen Seite 224 des ringförmigen Flanschs 220 und der inneren Seite 240 des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 überspannt, wird das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 durch die mechanische Interferenz, die durch die Stellung der Rastkugel 330 verursacht wird, daran gehindert, sich in Bezug auf den Nabenabschnitt 210 zu drehen.
Die Drehung des Nabenabschnitts 210 über einer Schwellendrehzahl veranlasst die Sperrstruktur 300, sich aus der eingerückten Stellung in die ausgerückte Stellung zu bewegen. Insbesondere veranlasst die Zentrifugalkraft (d.h. die nach außen wirkende Kraft, die durch die Drehung verursacht wird), die auf die Rastkugel 330 wirkt, die Rastkugel, sich radial nach außen zu bewegen. Da das geschlossene Ende 312 der ersten Öffnung radial weiter auswärts liegt als die zweite Öffnung 320, bewegt sich die Rastkugel 330 in die erste Öffnung 310, zu dem geschlossenen Ende 312 hin, gegen die Federkraft, die auf die Rastkugel 330 durch die Druckfeder 340 ausgeübt wird. Während die Rastkugel aus der zweiten Öffnung 320 austritt, und die Schnittstelle zwischen der radialen Seite 224 des ringförmigen Flanschs 220 und der inneren Seite 240 des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 nicht mehr überspannt, erreicht die Sperrstruktur 300 die ausgerückte Stellung, und die Drehung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 in Bezug auf den Nabenabschnitt 210 wird zugelassen. Fällt die Drehzahl des Nabenabschnitts 210 in der Folge unter die Schwellendrehzahl, bewegt sich die Rastkugel 330 zurück in Eingriff mit der zweiten Öffnung 320, in Ansprechen auf die Federkraft, die durch die Druckfeder 340 ausgeübt wird, und versetzt somit die Sperrstruktur 300 in die eingerückte Stellung. Die Schwellendrehzahl kann durch die Federrate der Druckfeder 340 festgesetzt werden.
Während die obige Beschreibung sich auf die Sperrstruktur 300 bezieht, die die Rastkugel 330 umfasst, sollte klar sein, dass die Rastkugel 330 durch Strukturen mit anderen Geometrien ersetzt werden kann, etwa einen zylindrischen Stift.
Während sich die obige Beschreibung zur leichteren Erläuterung auf eine einzelne Sperrstruktur 300 bezieht, sollte klar sein, dass mehrere ähnliche oder identische Sperrstrukturen 300 bereitgestellt werden können. Wie zum Beispiel in 4 gezeigt können mehrere Sperrstrukturen 300 in einer radialen Anordnung an dem ringförmigen Flansch 220 und dem Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 beabstandet sein. In diesem Beispiel weisen die Rastkugeln 330 und die zweiten Öffnungen 320 eine gleiche Anzahl auf, wobei jede Rastkugel einer spezifischen der zweiten Öffnungen 320 entspricht. Der begrenzte Winkelbereich der Drehung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 stellt sicher, dass jede Rastkugel 330 nur mit einer spezifischen der zweiten Öffnungen 320 in Eingriff gelangen kann. In einem weiteren Beispiel ist, wie in 5 gezeigt, jede der Rastkugeln 330 mit zwei oder mehr Öffnungen in Eingriff bringbar. Wie veranschaulicht ist jede Rastkugel 330 mit ihrer jeweiligen zweiten Öffnung 320 sowie mit zusätzlichen Öffnungen 320' in Eingriff bringbar. Jede Rastkugel 330 ist mit ihrer jeweiligen zweiten Öffnung 320 ausgerichtet, wenn das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 in seiner neutralen Stellung ist. Die zusätzlichen Öffnungen sind in Bezug auf jede der zweiten Öffnungen 320 in Übereinstimmung mit der Winkelbegrenzung der Bewegung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 positioniert. Da die Drehzahl des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 nahe der Winkelbegrenzung der Bewegung geringer ist, wird die Wahrscheinlichkeit dafür, dass das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 erfolgreich in eine der zusätzlichen Öffnungen 320' eingreift, erhöht.
6 ist eine Detailansicht und zeigt eine Sperrstruktur 600 gemäß einem zweiten Beispiel, das mit dem drehelastischen Kettenrad 200 von 2 und 3 verwendet werden kann. Die drehelastische Kettenradanordnung 200 entspricht der Beschreibung für 2 und 3, mit der Ausnahme, dass die Sperrstruktur 300 durch die Sperrstruktur 600 ersetzt wurde, wie an anderer Stelle beschrieben.
Die Sperrstruktur 600 ist ähnlich der Sperrstruktur 300, wurde jedoch so repositioniert, dass eine erste Öffnung 610 in dem Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 ausgebildet ist und die zweite Öffnung 320 in dem Nabenabschnitt 210 an der Schnittstelle zwischen dem äußeren Umfang 222 des ringförmigen Flanschs 220 und der zweiten inneren Oberfläche 238 des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades 230 ausgebildet ist. Die erste Öffnung 610 ist senkrecht auf die Achse des Nabenabschnitts 210 orientiert, etwa entlang einer Linie, die sich von der Achse des Nabenabschnitts 210 radial nach außen erstreckt. Eine Rastkugel 630 und eine Druckfeder 640 verursachen das Einrücken und Ausrücken der Sperrstruktur 600 auf die oben in Bezug auf die Sperrstruktur 300 beschriebene Weise.
7 ist eine Detailansicht und zeigt eine Sperrstruktur 700 gemäß einem zweiten Beispiel, das mit dem drehelastischen Kettenrad 200 von 2 und 3 verwendet werden kann. Die drehelastische Kettenradanordnung 200 entspricht der Beschreibung für 2 und 3, mit der Ausnahme, dass die Sperrstruktur 300 durch die Sperrstruktur 700 ersetzt wurde, wie an anderer Stelle beschrieben.
Die Sperrstruktur 700 umfasst eine erste Öffnung 710, die in dem Nabenabschnitt 210 ausgebildet ist, und eine zweite Öffnung 720, die in dem Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 ausgebildet ist. Ein Stift 730 erstreckt sich in der eingerückten Stellung über die Schnittstelle zwischen der radialen Seite 224 und der inneren Seite 240, und zieht sich in der ausgerückten Stellung vollständig in die erste Öffnung 710 zurück. Der Stift 730 ist durch eine Druckfeder 740 in die eingerückte Stellung federvorgespannt. Gegenüber der Druckfeder 740 tritt Öldruck von einem Zufuhranschluss 750 in die erste Öffnung 710 ein. Öl unter Druck kann an den Zufuhranschluss 750 zum Beispiel durch die Kurbelwellen-Ölzufuhr bereitgestellt werden. Wenn der Öldruck in der ersten Öffnung 710 nicht ausreichend ist, um die Federkraft der Druckfeder 740 zu überwinden, ruht der Stift 730 zum Teil in der zweiten Öffnung 720 und die Sperrstruktur 700 ist in der eingerückten Stellung. Wenn der Öldruck in der ersten Öffnung 710 ausreichend ist, um die Federkraft der Druckfeder 740 zu überwinden, bewegt sich der Stift 730 in die erste Öffnung 710, wodurch die Sperrstruktur 700 in die ausgerückte Stellung versetzt wird. In Implementierungen, bei denen der Öldruck durch die Kurbelwellen-Ölzufuhr bereitgestellt wird, tritt die Bewegung in die ausgerückte Stellung abhängig von der Drehzahl des Nabenabschnitts 210 auf, da der Motoröldruck allgemein eine Funktion der Motordrehzahl ist. In anderen Implementierungen kann eine Öldruckquelle verwendet werden, die eine Bewegung der Sperrstruktur 700 unabhängig von der Drehzahl des Nabenabschnitts 210 zulässt, zum Beispiel durch Betätigen der Zufuhr von Öl an den Zufuhranschluss 750 durch ein Ventil.
Obwohl die drehelastische Kettenradanordnung 200 oben so beschrieben wird, dass sie das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 und das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 einschließt, sollte klar sein, dass die drehelastische Kettenradanordnung 200 in anderen Anwendungen als Kurbelwellen- und Ausgleichswellen-Antriebsanordnungen verwendet werden könnte.
Obwohl die drehelastische Kettenradanordnung 200 oben so beschrieben wird, dass sie das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 und das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 einschließt, sollte klar sein, dass das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250 in Anwendungen wegfallen könnte, bei denen die Kurbelwellenantriebe ein separates Kettenrad oder eine andere Struktur verwenden.
Es sollte klar sein, dass die obenstehende Offenbarung betreffend die drehelastische Kettenradanordnung 200 auch auf drehelastische Zahnräder angewendet werden kann. Als ein Beispiel können das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 oder das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250, oder beide, durch Zahnräder zum Eingriff mit einem Getriebezug oder einem Zahnriemen ersetzt werden. Als weiteres Beispiel könnte das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 durch Zahnradzähne zum Eingriff mit einem Getriebezug oder einem Zahnriemen ersetzt werden, und das Kurbelwellen-Antriebszahnrad 250 könnte wegfallen.
Es sollte klar sein, dass die obenstehende Offenbarung betreffend die drehelastische Kettenradanordnung 200 auch auf drehelastische Riemenscheiben angewendet werden kann. Als ein Beispiel könnten das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad 230 oder das Kurbelwellen-Antriebskettenrad 250, oder beide, durch eine Riemenscheibe zum Eingriff mit einem Riemen ersetzt werden.
Während die Offenbarung in Verbindung mit der aktuell als praktischste und bevorzugte geltenden Ausführungsform dargelegt wurde, sollte klar sein, dass die Offenbarung verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen mit abdecken soll.

Claims

Drehelastisches Kettenradsystem, umfassend: ein erstes Kettenrad (250); ein zweites Kettenrad (230), das in einer Beziehung Seite an Seite mit dem ersten Kettenrad (250) montiert ist; ein flexibles Element (270), das elastisch das zweite Kettenrad (230) mit dem ersten Kettenrad (250) koppelt, um eine begrenzte Winkeldrehung des zweiten Kettenrades (230) in Bezug auf das erste Kettenrad (250) zu erlauben; und eine Sperrstruktur (300, 600, 700), die zu einer eingerückten Stellung hin vorgespannt ist, in der die Winkelbewegung des zweiten Kettenrades (230) in Bezug auf das erste Kettenrad (250) eingeschränkt wird, und die sich in Ansprechen auf die Drehung des ersten Kettenrades (250) in eine ausgerückte Stellung bewegt, in der die Winkelbewegung des zweiten Kettenrades (230) in Bezug auf das erste Kettenrad (250) zugelassen wird.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: einen Nabenabschnitt (210), wobei das erste Kettenrad (250) an dem Nabenabschnitt (210) angeordnet ist, und das zweite Kettenrad (230) an dem Nabenabschnitt (210) angeordnet ist.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 2, wobei das erste Kettenrad (250) so an dem Nabenabschnitt (210) angeordnet ist, dass es daran gehindert wird, sich in Bezug auf den Nabenabschnitt (210) zu drehen.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 3, wobei das erste Kettenrad (250) einteilig an dem Nabenabschnitt (210) ausgebildet ist.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 2, wobei die Sperrstruktur (300, 600, 700) sich in Ansprechen auf die Drehung des Nabenabschnitts (210) über einer Schwellendrehzahl aus der eingerückten Stellung in die ausgerückte Stellung bewegt, und sich in Ansprechen auf die Drehung des Nabenabschnitts (210) unter der Schwellendrehzahl aus der ausgerückten Stellung in die eingerückte Stellung bewegt.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 2, wobei die Sperrstruktur (300, 600, 700) eine erste Öffnung (310), die in dem Nabenabschnitt (210) ausgebildet ist, eine zweite Öffnung (320), die in dem zweiten Kettenrad (230) ausgebildet ist, ein Eingriffselement (330), das in der ersten Öffnung (310) ausgebildet ist, und ein Vorspannungselement (340), das in der ersten Öffnung (310) ausgebildet ist, umfasst, wobei das Eingriffselement (330) in der zweiten Öffnung (320) ruht, wenn die Sperrstruktur (300, 600, 700) in der eingerückten Stellung ist, und das Eingriffselement (330) nicht in der zweiten Öffnung (320) sitzt, wenn die Sperrstruktur (300, 600, 700) in der ausgerückten Stellung ist.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 6, wobei das Vorspannungselement (340) eine Federkraft auf das Eingriffselement (330) ausübt, die das Eingriffselement (330) zu der eingerückten Stellung hin vorspannt.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 6, wobei der Nabenabschnitt (210) sich entlang einer Achse erstreckt, und die erste Öffnung (310) sich nach außen entlang einer Linie erstreckt, die nicht parallel und nicht senkrecht in Bezug auf die Achse des Nabenabschnitts (210) ist.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 6, wobei die erste Öffnung (310) ein geschlossenes Ende (312) aufweist, das radial weiter auswärts liegt als die zweite Öffnung (320).
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 2, wobei die Sperrstruktur (300, 600, 700) eine erste Öffnung (310), die in dem zweiten Kettenrad (230) ausgebildet ist, eine zweite Öffnung (320), die in dem Nabenabschnitt (210) ausgebildet ist, ein Eingriffselement (330), das in der ersten Öffnung (310) ausgebildet ist, und ein Vorspannungselement (340), das in der ersten Öffnung (310) ausgebildet ist, umfasst, wobei das Eingriffselement (330) in der zweiten Öffnung (320) sitzt, wenn die Sperrstruktur (300, 600, 700) in der eingerückten Stellung ist, und das Eingriffselement (330) nicht in der zweiten Öffnung (320) sitzt, wenn die Sperrstruktur (300, 600, 700) in der ausgerückten Stellung ist.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 10, wobei das Vorspannungselement (340) eine Federkraft auf das Eingriffselement (330) ausübt, die das Eingriffselement (330) zu der eingerückten Stellung hin vorspannt.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 10, wobei der Nabenabschnitt (210) sich entlang einer Achse erstreckt, und die erste Öffnung (310) sich entlang einer Linie radial nach außen erstreckt, die senkrecht auf die Achse des Nabenabschnitts (210) steht.
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 10, wobei die erste Öffnung (310) ein geschlossenes Ende (312) aufweist, das radial weiter auswärts liegt als die zweite Öffnung (320).
Drehelastisches Kettenradsystem nach Anspruch 2, wobei die Sperrstruktur (700) eine erste Öffnung (710), die in dem Nabenabschnitt (210) ausgebildet ist, eine zweite Öffnung (720), die in dem zweiten Kettenrad (230) ausgebildet ist, ein Eingriffselement (730), das in der ersten Öffnung (710) ausgebildet ist, ein Vorspannungselement (740), das in der ersten Öffnung (710) ausgebildet ist, sowie einen Ölzufuhranschluss (750) umfasst, wobei das Eingriffselement (730) in der zweiten Öffnung (720) sitzt, wenn die Sperrstruktur (700) in der eingerückten Stellung ist, und das Eingriffselement (730) nicht in der zweiten Öffnung (720) sitzt, wenn die Sperrstruktur (700) in der ausgerückten Stellung ist, wobei das Vorspannungselement (740) eine Federkraft auf das Eingriffselement (730) ausübt, die das Eingriffselement (730) zu der eingerückten Stellung hin drängt, und Öldruck von dem Ölzufuhranschluss (750) das Eingriffselement (730) zu der ausgerückten Stellung hin drängt.
Drehelastisches Kettenradsystem für einen Motor, der eine Kurbelwelle (110) umfasst, die sich an einer Achse dreht, wobei das drehelastische Kettenradsystem umfasst: einen Nabenabschnitt (210), der an der Kurbelwelle (110) montiert ist; ein Kurbelwellen-Kettenrad (250), das so an dem Nabenabschnitt (210) angeordnet ist, dass es daran gehindert wird, sich in Bezug auf den Nabenabschnitt (210) zu drehen; ein Ausgleichswellen-Antriebskettenrad (230), das an dem Nabenabschnitt (210) in einer Beziehung Seite an Seite mit dem Kurbelwellen-Antriebskettenrad (250) angeordnet ist; ein flexibles Element (270), das elastisch das Ausgleichswellen-Antriebskettenrad (230) mit dem Kurbelwellen-Antriebskettenrad (250) koppelt, um eine begrenzte Winkeldrehung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades (230) in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad (250) zu erlauben; und eine Sperrstruktur (300, 600, 700), die zu einer eingerückten Stellung hin vorgespannt ist, in der die Winkelbewegung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades (230) in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad (250) eingeschränkt ist, und sich in Ansprechen auf die Drehung des Kurbelwellen-Antriebskettenrades (250) in eine ausgerückte Stellung bewegt, in der die Winkelbewegung des Ausgleichswellen-Antriebskettenrades (230) in Bezug auf das Kurbelwellen-Antriebskettenrad (250) zugelassen wird, wobei die Sperrstruktur (300, 600, 700) sich in Ansprechen auf die Drehung des Nabenabschnitts (210) über einer Schwellendrehzahl aus der eingerückten Stellung in die ausgerückte Stellung bewegt, und sich in Ansprechen auf die Drehung des Nabenabschnitts (210) unter der Schwellendrehzahl aus der ausgerückten Stellung in die eingerückte Stellung bewegt.