DE20319172U1

DE20319172U1 - Nicht kreisförmige Rotationskomponente

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Publication number: DE20319172U1
Application number: DE20319172U
Authority: DE
Original assignee: Litens Automotive Partnership; Litens Automotive Inc
Current assignee: Litens Automotive Partnership; Litens Automotive Inc
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2013-12-11
Also published as: US20070066430A1; CN1853058A; EP1664596A4; JP2007506043A; PL1664596T3; JP4994035B2; CA2538823C; CA2538823A1; KR101202586B1; BRPI0414419A; EP1664596A1; CN100564950C; EP1664596B1; US8042507B2; US20090149287A1; US7493880B2; WO2005026583A1; KR20060087567A

Abstract

Rotationskomponente bestehend aus einem Rotor (11) mit mehreren am Umkreis des Rotors angeordneten Zähnen (16), wobei jeder Zahn eine Krone (9) besitzt und sich zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne eine Vertiefung (8) befindet und die Kronen der Zähne auf einem gekrümmten Umfang liegen, der den Umkreis des Rotors bildet, und wobei der Umkreis des Rotors ein nicht kreisförmiges Profil mit mindestens zwei vorstehenden Bereichen (22, 23) aufweist, die sich mit zurückgezogenen Bereichen (24, 25) abwechseln,
wobei der Abstand der zwischen den Mittelpunkten (V) der Kronen (9) eines jeden Paares nebeneinander liegender Zähne (16) und dass das Profil der Vertiefung (8) zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne im Wesentlichen gleich ist, und dass der Abstand zwischen dem Mittelpunkt (V) jeder Krone (9) und der Achse (A) des Rotors am Umkreis variiert, um das genannte nicht kreisförmige Profil zu erzielen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine nicht kreisförmige Rotationskomponente – insbesondere, jedoch nicht ausschließlich – für eine Synchronantriebsvorrichtung und auf ein Verfahren zur Konstruktion einer derartigen Komponente. Die Komponente kann ein nicht kreisförmiges Ritzel umfassen, das zur Ausschaltung bzw. Reduzierung von mechanischen Schwingungen – insbesondere, jedoch nicht ausschließlich – in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Synchronantriebssysteme wie beispielsweise Systeme auf der Basis von Steuerriemen sind in Kraftfahrzeugen sowie in industriellen Anwendungen weit verbreitet. In Kraftfahrzeugen werden z.B. Steuerriemen bzw. -ketten zum Antrieb von Nockenwellen verwendet, die die Motoreinlass- und -auslassventile öffnen und schließen. Auch andere Vorrichtungen wie Wasser- und Kraftstoffpumpen etc. können ebenfalls durch einen derartigen Riemen bzw. eine derartige Kette angetrieben werden.
Verbrennungsmotoren erzeugen während ihres Betriebs viele Arten mechanischer Schwingungen, und diese Schwingungen werden in der Regel über den Steuerriemen bzw. über die Steuerkette im Synchronantriebssystem übertragen. Eine besonders starke Quelle mechanischer Schwingungen bilden die Einlass- und Auslassventile und die Nockenwellen, die die Einlass- und Auslassventile öffnen und schließen. Das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile führt zu einer als Torsionsschwingung bekannten Schwingungsart. Wenn die Frequenz dieser Schwingungen nahe an der Resonanzfrequenz des Antriebs liegt, tritt Systemresonanz auf. Bei Resonanz erreichen die Torsionsschwingungen und die Schwankungen der Spannung ihre Maxima.
Torsionsschwingungen führen zu Schwankungen der Riemen- bzw. Kettenspannung, die einen höheren Verschleiß und eine geringere Lebensdauer des Riemens bzw. der Kette verursachen können. Torsionsschwingungen können auch zu falschen Steuerzeiten und unerwünschten Geräuschpegeln führen.
Bekannterweise werden nicht kreisförmige Zahnriemenräder in derartigen Antriebssystemen vorgesehen, um zu versuchen, die Schwingung zu vermindern bzw. auszuschalten. In DE-A195 20 508 (Audi AG) wird ein umlaufendes Riemenantriebssystem für einen Verbrennungsmotor offengelegt, bei dem der Steuerriemen um zwei angetriebene, mit der Nockenwelle des Motors gekoppelte Riemenscheiben und um eine Antriebsriemenscheibe läuft, die mit der Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist. In der Entgegenhaltung wird vorgeschlagen, Torsionsschwingungen durch eine „unrunde" Riemenscheibe zu verringern, die als eine Nockenwellenriemenscheibe gezeigt wird. Die gezeigte unrunde Riemenscheibe hat vier vorstehende und vier zurückgezogene Bereiche, die in regelmäßigen Abständen um die Riemenscheibe angeordnet sind.
Im japanischen Gebrauchsmuster JP 62-192077 (Patentblatt Nr. HEI 1-95538) aus dem Jahr 1987 (Hatano et al/Mitsubishi) wird eine spannungsausgleichende Antriebsvorrichtung offengelegt, die die Rotation einer Antriebsriemenscheibe mit einem Riemenantrieb wie beispielsweise einem Steuerriemen in einem Verbrennungsmotor auf eine angetriebene Riemenscheibe überträgt. Gezeigt wird eine Steuerriemenvorrichtung, in der eine gezahnte Riemenscheibe der Antriebswelle einer Nockenwelle durch eine ovale, mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbundene und den Steuerriemen antreibenden Zahnrad angetrieben wird.
In der japanischen Anmeldung Nr. HEI 9-73581 (Patentblatt Nr. HEI 10-266868) aus dem Jahr 1997 (Kubo/Mitsubishi) wird auch auf die Verwendung eines ovalen Ritzels als Kurbelwellenritzel Bezug genommen.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird in einem ersten Aspekt eine Rσtationskomponente bestehend aus einem Rotor mit mehreren am Umkreis des Rotors angeordneten Zähnen vorgesehen. Jeder Zahn besitzt eine Krone. Zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne befindet sich eine Vertiefung. Die Kronen der Zähne liegen auf einem gekrümmten Umfang, der den Umkreis des Rotors bildet. Der Umkreis des Rotors hat ein nicht kreisförmiges Profil mit mindestens zwei vorstehenden Bereichen, die sich mit zurückgezogenen Bereichen abwechseln, und bei denen der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Kronen eines jeden Paares nebeneinander liegender Zähne im Wesentlichen gleich ist. Das Profil der Vertiefung zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne ist im Wesentlichen ebenfalls gleich. Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt einer jeden Krone und der Rotorachse variiert am Umkreis, um das nicht kreisförmige Profil zu bilden.
Erfindungsgemäß wird in einem zweiten Aspekt eine Rotationskomponente bestehend aus einem Rotor mit mehreren am Umkreis des Rotors angeordneten Zähnen vorgesehen. Jeder Zahn besitzt eine Krone. Zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne befindet sich eine Vertiefung. Die Kronen der Zähne liegen auf einem gekrümmten Umfang, der den Umkreis des Rotors bildet. Der Umkreis des Rotors hat ein nicht kreisförmiges Profil mit mindestens zwei vorstehenden Bereichen, die sich mit zurückgezogenen Bereichen abwechseln, wobei bei jedem Zahn die Ausrichtung der Vertiefung auf einer Seite des Zahns relativ zur Vertiefung auf der anderen Seite des Zahns gemessen am Mittelpunkt der Krone des Zahns am Umkreis variiert, um das nicht kreisförmige Profil zu bilden.
Erfindungsgemäß wird in einem dritten Aspekt eine Rotationskomponente bestehend aus einem Rotor mit mehreren am Umkreis des Rotors angeordneten Zähnen vorgesehen. Jeder Zahn besitzt eine Krone. Zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne befindet sich eine Vertiefung. Die Kronen der Zähne liegen auf einem gekrümmten Umfang, der den Umkreis des Rotors bildet. Der Umkreis des Rotors hat ein nicht kreisförmiges Profil mit mindestens zwei vorstehenden Bereichen, die sich mit zurückgezogenen Bereichen abwechseln, wobei sich die Mittelpunkte der Kronen der Zähne jeweils an Schnittpunkten angrenzender Seiten eines ungleichmäßigen Vielecks mit gleichen, nicht kreisförmig angeordneten Seiten befinden. Die Position eines Schnittpunkts V_n zweier angrenzender Seiten des Vielecks wird durch die folgende Formel ausgedrückt:
Hierin sind:
R_n = der Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors
n = die Nummer des Schnittpunkts V_n bei Nummerierung ab einem Referenzschnittpunkt bei n = 1
L = der durchschnittliche Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors
B = der gewünschte Unrundheitsfaktor, der bei Messung beim größten Wert von R_n oder beim geringsten Wert von R_n als die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Abstand L und dem tatsächlichen Abstand R_n definiert ist
N = die am Rotor erforderliche Anzahl von Zähnen
M = die Anzahl vorstehender Bereiche des Rotorprofils
Auch wenn die Erfindung in allen Aspekten viele Anwendungsformen bei Vorrichtungen aufweist, die eine nicht kreisförmige Rotationskomponente erfordern, findet sie insbesondere bei Synchronantriebsvorrichtungen Anwendung. Die Synchronantriebsvorrichtung weist eine gestreckte Endlosantriebsstruktur mit mehreren ineinandergreifenden Bereichen auf. Diese Rotoren bestehen mindestens aus einem ersten und einem zweiten Rotor. Der erste Rotor weist mehrere Zähne auf, die in die greifenden Bereiche der gestreckten Antriebsstruktur greifen. Der zweite Rotor weist mehrere Zähne auf, die in den greifenden Bereich der gestreckten Antriebsstruktur greifen. Eine rotierende Lastvorrichtung ist mit dem zweiten Rotor gekoppelt. Die gestreckte Antriebsstruktur greift um den ersten und zweiten Rotor. Der erste Rotor ist für den Antrieb der gestreckten Antriebsstruktur angeordnet, und der zweite Rotor ist so angeordnet, dass er von der gestreckten Antriebsstruktur angetrieben wird. Die rotierende Lastvorrichtung stellt ein periodisch schwankendes Lastmoment dar, wenn sie in Rotation versetzt wird. In einer derartigen Anordnung ist einer der Rotoren, die den ersten und zweiten Rotor darstellen, eine nicht kreisförmige Rotationskomponente gemäß der vorliegenden Erfindung und wie vorstehend ausgeführt und so angeordnet, dass sie Schwingungen verringert oder im Wesentlichen ausschaltet, die durch das schwankende Lastmoment der rotierenden Lastvorrichtung entstehen.
Es muss beachtet werden, dass die Erfindung in vielen anderen Formen von Synchronantriebsvorrichtungen als Verbrennungsmotoren und auch in anderen Vorrichtungen als Synchronantriebsvonichtungen Verwendung findet. Auch kann das nicht kreisförmige Profil an vielen verschiedenen Stellen in der Antriebsvorrichtung vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein nicht kreisförmiges Profil am ersten Rotor (der die gestreckte Antriebsstruktur antreibt) und/oder am zweiten Rotor (der von der gestreckten Antriebsstruktur angetrieben wird) vorgesehen werden und/oder an einem dritten Rotor, wie z.B. einem Spannrotor, der in Kontakt mit der gestreckten Endlosantriebsstruktur gebracht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung findet jedoch insbesondere beim Einbau in einen Verbrennungsmotor Verwendung und wenn der erste Rotor ein Kurbelwellenritzel umfasst. In einigen Konfigurationen ist der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor, und die rotierende Lastvorrichtung ist eine rotierende Kraftstoffpumpe. In anderen Konfigurationen kann der Verbrennungsmotor ein Benzinmotor sein, und die rotierende Lastvorrichtung kann eine Nockenwellenanordnung sein.
Es ist erkennbar, dass viele verschiedene Formen nicht kreisförmiger Profile vorgesehen werden können, so z.B. ein ganz allgemein ovales Profil oder ein Profil mit drei oder vier vorstehenden Bereichen, die in regelmäßigen Abständen um den Rotor angeordnet sind. Die Wahl des Profils hängt von anderen Komponenten der Synchronantriebsvorrichtung ab. Zu den möglichen Beispielen zählen folgende: Der Verbrennungsmotor ist ein Vierzylinder-Reihenverbrennungsmotor, und das Kurbelwellenritzel weist ein ovales Profil auf. Der Verbrennungsmotor ist ein Vierzylinder-Reihenverbrennungsmotor, und das Nockenwellenritzel weist ein ganz allgemein rechteckiges Profil auf. Der Verbrennungsmotor ist ein Vierzylinder-Reihenverbrennungsmotor, und der Nockenwellenzahnkranz weist ein ganz allgemein rechteckiges Profil auf, und das Kurbelwellenritzel weist ein ovales Profil auf. Der Verbrennungsmotor ist ein Dreizylinder-Reihenverbrennungsmotor, und das Nockenwellenzahnrad weist ein ganz allgemein dreieckiges Profil auf. Der Verbrennungsmotor ist ein Sechszylinder-Reihenverbrennungsmotor, und das Kurbelwellenzahnrad weist ein ganz allgemein dreieckiges Profil auf. Der Verbrennungsmotor ist ein V-6-Verbrennungsmotor, und das Nockenwellenritzel weist ein ganz allgemein dreieckiges Profil auf. Der Verbrennungsmotor ist ein V-8-Verbrennungsmotor, und das Nockenwellenritzel weist ein ganz allgemein rechteckiges Profil auf. Der Verbrennungsmotor ist ein Zweizylinder-Verbrennungsmotor, und das Nockenwellenzahnrad weist ein ovales Profil auf.
In den meisten vorgenannten Ausführungsbeispielen der Erfindung weisen die vorstehenden Bereiche und die zurückgezogenen Bereiche ganz allgemein dieselbe Größenordnung auf, wodurch sich ein gleichmäßiges nicht kreisförmiges Profil ergibt. Je nach den Gegebenheiten kann jedoch ein nicht gleichmäßiges Profil vorgesehen werden. Des Weiteren können die vorgenannten vorstehenden Bereiche größere vorstehende Bereiche und die zurückgezogenen Bereiche größere zurückgezogene Bereiche darstellen, und das nicht kreisförmige Profil kann zusätzliche kleinere vorstehende Bereiche geringerer Größe als die größeren vorstehenden Bereiche aufweisen. Diese kleineren vorstehenden Bereiche können so ausgeführt sein, dass sie Schwingungen des durch die rotierende Lastvorrichtung gebildeten schwankenden Lastmoments subsidiärer Art verringern bzw. im Wesentlichen ausschalten, beispielsweise insbesondere Schwingungen der durch die rotierende Lastvorrichtung gebildeten schwankenden Lastmomente vierter Ordnung.
In einem besonders nützlichen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Synchronantriebsvorrichtung wie vorstehend ausgeführt mit folgenden Eigenschaften bzw. Merkmalen vorgesehen: Die genannten vorstehenden Bereiche sind größere vorstehende Bereiche, und die genannten zurückgezogenen Bereiche sind größere zurückgezogene Bereiche. Das nicht kreisförmige Profil umfasst zusätzliche kleinere vorstehende Bereiche geringeren Ausmaßes als die größeren vorstehenden Bereiche; die genannte nicht kreisförmige Rotationskomponente hat die Mittelpunkte der Kronen der Zähne jeweils an Schnittpunkten angrenzender Seiten eines ungleichmäßigen Vielecks mit gleichen, nicht kreisförmig angeordneten Seiten positioniert, wobei die Position eines Schnittpunkts V_n zweier angrenzender Seiten des Vielecks durch die folgende Formel ausgedrückt wird:
Hierin sind:
R_n = der Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors
n = die Nummer des Schnittpunkts V_n bei Nummerierung ab einem Referenzschnittpunkt bei n = 1
L = der durchschnittliche Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors
B₂ = ein erster gewünschter Unrundheitsfaktor, der bei Messung beim größten Wert von R_n an einem größeren vorstehenden Bereich oder beim geringsten Wert von R_n an einem größeren zurückgezogenen Bereich als die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Abstand L und dem tatsächlichen Abstand R_n definiert ist, wobei der erste Unrundheitsfaktor der Art ist, dass er Schwingungen verringert bzw. ausschaltet, die durch harmonische Schwingungen zweiter Ordnung der rotierenden Lastvorrichtung entstehen
B₄ = ein zweiter gewünschter Unrundheitsfaktor, der bei Messung beim größten Wert von R_n an einem kleineren vorstehenden Bereich oder beim geringsten Wert von R_n an einem kleineren zurückgezogenen Bereich als die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Abstand L und dem tatsächlichen Abstand R_n definiert ist, wobei der zweite Unrundheitsfaktor der Art ist, dass er Schwingungen verringert bzw. ausschaltet, die durch harmonische Schwingungen vierter Ordnung der rotierenden Lastvorrichtung entstehen
N = die am Rotor erforderliche Anzahl von Zähnen und
φ = ein Winkel, der eine gewünschte Phasenverschiebung zwischen Schwingungen zweiter und vierter Ordnung darstellt
Es muss beachtet werden, dass die hier mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung angeführten erfindungsgemäßen Eigenschaften bzw. Merkmale auch mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Konstruktion einer nicht kreisförmigen Rotationskomponente und umgekehrt Anwendung finden können.
Insbesondere wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Konstruktion einer Rotationskomponente vorgesehen, die einen Rotor mit mehreren am Umkreis des Rotors angeordneten Zähnen umfasst, wobei jeder Zahn eine Krone besitzt und sich zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne eine Vertiefung befindet, die Kronen der Zähne auf einem gekrümmten Umfang liegen, der den Umkreis des Rotors bildet, und wobei der Umkreis des Rotors ein nicht kreisförmiges Profil mit mindestens zwei vorstehenden Bereichen aufweist, die sich mit zurückgezogenen Bereichen abwechseln. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Generierung eines Musters bzw. einer Schablone eines ungleichmäßigen Vielecks, wobei die gleichen Seiten nicht kreisförmig angeordnet sind und die Position eines Schnittpunkts V_n zweier angrenzender Seiten des Vielecks durch die erste vorgenannte Formel ausgedrückt wird;
Generierung einer Kontur der am Umkreis des Rotors anzuordnenden Zähne, indem die Mittelpunkte der Kronen der Zähne an den Schnittpunkten der Seiten des unregelmäßigen Vielecks angeordnet werden;
Konstruktion der Rotationskomponente mit einem äußeren Umkreis, der der mit Bezug auf das unregelmäßige Vieleck gebildeten Kontur der Zähne entspricht.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Verfahren zur Konstruktion einer Rotationskomponente vorgesehen werden, die einen Rotor mit mehreren am Umkreis des Rotors angeordneten Zähnen umfasst. Jeder Zahn besitzt eine Krone, und zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne befindet sich eine Vertiefung. Die Kronen der Zähne liegen auf einem gekrümmten Umfang, der den Umkreis des Rotors bildet. Der Umkreis des Rotors weist ein nicht kreisförmiges Profil mit mindestens zwei größeren vorstehenden Bereichen auf, die sich mit größeren zurückgezogenen Bereichen abwechseln. Das nicht kreisförmige Profil umfasst zusätzliche kleinere vorstehende Bereiche und kleinere zurückgezogene Bereiche geringeren Ausmaßes als die größeren vorstehenden Bereiche und die größeren zurückgezogenen Bereiche. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Generierung eines Musters bzw. einer Schablone eines unregelmäßigen Vielecks, wobei die gleichen Seiten nicht kreisförmig angeordnet sind und die Position eines Schnittpunkts V_n zweier angrenzender Seiten des Vielecks durch die zweite vorgenannte Formel ausgedrückt wird;
Generierung einer Kontur der am Umkreis des Rotors anzuordnenden Zähne, indem die Mittelpunkte der Kronen der Zähne an den Schnittpunkten der Seiten des unregelmäßigen Vielecks angeordnet werden;
Konstruktion der Rotationskomponente mit einem äußeren Umkreis, der der mit Bezug auf das unregelmäßige Vieleck gebildeten Kontur der Zähne entspricht.
Die Anwendung der Erfindung bietet mehrere Vorteile – zumindest in den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die gleichmäßige Form der Vertiefungen an der Rotationskomponente ist deshalb wichtig, da sie eine bessere Anpassung an die Zähne des Antriebsriemens ermöglicht. Der Riemen und die Riemenscheibe müssen aus Gründen der Leistung und Lebensdauer so perfekt wie möglich zueinander passen. Riemenhersteller bemühen sich seit Jahren um die Gestaltung exakter Formen für ein Zahnriemenprofil und ein dazu passendes Riemenscheiben-Zahnprofil. Die Schaffung gleichwertiger Bedingungen bei nicht kreisförmigen Riemenscheiben ist schwierig. Es stehen spezielle Formeln zur Realisierung einer Konstruktionslösung zur Verfügung, die geometrische Richtlinien zu Konstruktion, Anordnung und Ausrichtung der Riemenscheibenzähne an die Hand geben. Die Haupteigenschaft bzw. das Hauptmerkmal in den bevorzugten Ausführungsformen liegt darin, dass die Vertiefungsbreite im Wesentlichen gleich gehalten wird, während die Zahnbreite variiert. Es gibt jedoch noch weitere bevorzugte Eigenschaften bzw. Merkmale. Für das wirksame Ausschalten von Schwingungen einer bestimmten Ordnung durch eine nicht kreisförmige Riemenscheibe sind der Abstand der Zähne zur Zahnradmitte und die Ausrichtung der Zähne von Bedeutung.
Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigt/zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines nicht kreisförmigen erfindungsgemäßen Zahnrads, das z. B. im Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann;
2 eine schematische Darstellung eines nicht kreisförmigen Vieleckmusters/-schablone, das/die für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Konstruktion eines nicht kreisförmigen Ritzels verwendet wird;
3 eine andere Ansicht der schematischen Darstellung des nicht kreisförmigen Ritzels in 1, die die Abmessungen der verschiedenen Teile des Ritzels zeigt;
4 eine schematische Darstellung eines anderen nicht kreisförmigen erfindungsgemäßen Zahnkranzes, der ebenfalls die Abmessungen der verschiedenen Bereiche des Zahnkranz zeigt, wobei der Zahnkranz zwar ein ganz allgemein ovales Profil aufweist, jedoch so modifiziert ist, dass er zusätzliche kleinere vorstehende Bereiche einschließt, so dass sich eine ganz allgemein rechteckige Form ergibt;
5 eine Vergrößerung eines Teils des Umkreises des in 3 gezeigten Zahnriemenrads;
5a und 5b stark vergrößerte schematische Ansichten der Zähne des in 5 gezeigten Ritzels in einer exemplarischen Form, und 5c und 5d zeigen ähnliche vergrößerte schematische Ansichten der entsprechenden Zähne, jedoch in einer anderen, alternativen Form;
6 zu Vergleichszwecken eine ähnliche Ansicht wie 5 eines Teils des Umkreises eines bekannten kreisförmigen Zahnrads;
7 eine schematische Ansicht einer synchronen Antriebsvorrichtung für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor mit einem nicht kreisförmigen erfindungsgemäßen Ritzel;
8a bis 8d verschiedene Konfigurationen der Kurbelwellen- und Nockenwellenritzel gemäß der Erfindung in Vier- und Dreizylindermotoren; und
9a bis 9d verschiedene Kombinationen der Kurbelwellen- und Nockenwellenritzel gemäß der Erfindung in Sechs-, Acht- und Zweizylindermotoren.
Beschreibung der Erfindung
1 stellt eine schematische Darstellung eines nicht kreisförmigen erfindungsgemäßen Ritzels dar, das z.B. im Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Ein nicht kreisförmiges Ritzel 10 weist einen Rotor 11 mit mehreren Zähnen 16 auf, die am Umkreis des Rotors angeordnet sind, wobei jeder Zahn eine Krone 9 besitzt und sich zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne eine Vertiefung 8 befindet. Die Kronen der Zähne liegen auf einem gekrümmten Umfang 7, der den Umkreis des Rotors bildet, wobei der Umkreis des Rotors ein nicht kreisförmiges Profil mit zwei vorstehenden Bereichen 22 und 23 und zwei zurückgezogenen Bereichen 24 und 25 aufweist. Der Rotor 11 hat eine Achse A, um die der Rotor im Betrieb rotiert. Der Mittelpunkt einer jeden Krone 9 eines jeden Zahns 16 wird durch den Buchstaben V angezeigt, und jeder Mittelpunkt ist einzeln mit V1, V2, V3 etc. bis V20 bezeichnet.
Die Konstruktion eines Zahnkranzes mit einem nicht kreisförmigen Profil ist bekannt. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Art der Anordnung der Zähne am Umkreis sowie mit der Konfiguration der Zähne, um das erforderliche nicht kreisförmige Profil in einer besonders vorteilhaften Weise zu realisieren. In dem in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel, das mehrere der bevorzugten Eigenschaften bzw. Merkmale vereint, ist die Anordnung derart, dass der Abstand zwischen den Mittelpunkten V der Kronen 9 eines jeden Paares nebeneinander liegender Zähne im Wesentlichen gleich ist. Auch das Profil der Vertiefung 8 zwischen einem jeden Paar nebeneinander liegender Zähne ist im Wesentlichen gleich. Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt V jeder Krone 9 und der Achse A des Rotors 11 variiert am Umkreis des Rotors, um das erforderliche nicht kreisförmige Profil zu ergeben. Gemäß den in 1 vereinten bevorzugten Eigenschaften bzw. Merkmalen variiert bei jedem Zahn 16 vom Mittelpunkt V der Krone des Zahns aus gesehen die Ausrichtung der Vertiefung 8 auf einer Seite des Zahns relativ zur Vertiefung 8 auf der anderen Seite des Zahns, um das genannte nicht kreisförmige Profil zu ergeben. Dies ist umfassender in den detaillierten 5a bis 5d gezeigt, die hier später beschrieben werden.
Ebenfalls mit Bezug auf die bevorzugten Eigenschaften bzw. Merkmale in 1 befinden sich die Mittelpunkte V der Kronen 9 der Zähne jeweils an Schnittpunkten angrenzender Seiten eines in 2 gezeigten unregelmäßigen Vielecks 27, wobei die gleichen Seiten 28 in einer nicht kreisförmigen Konfiguration angeordnet sind – in diesem Fall in einer ganz allgemein ovalen Konfiguration. Die Position eines Schnittpunkts V1 bzw. V2 bzw. V3 (allgemein als ein Schnittpunkt V_n bezeichnet) zweier angrenzender Seiten des Vielecks wird durch die folgende Formel ausgedrückt:
Hierin sind:
R_n = der Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors
n = die Nummer des Schnittpunkts V_n bei Nummerierung ab einem Referenzschnittpunkt bei n = 1
L = der durchschnittliche Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors
B = der gewünschte Unrundheitsfaktor, der bei Messung beim größten Wert von R_n oder beim geringsten Wert von R_n als die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Abstand L und dem tatsächlichen Abstand R_n definiert ist
N = die am Rotor erforderliche Anzahl von Zähnen und
M = die Anzahl der Pole, d.h. vorstehender Bereiche des Rotorprofils (z.B. zwei bei ovaler, drei bei dreieckiger und vier bei viereckiger Form)
So stellen in 2 die Scheitelpunkte V1 bis V20 die Positionen der Mittelpunkte V1 bis V20 der in 1 gezeigten Zähne 16 dar. Die Abstände zwischen den Punkten V1 bis V20 sind alle gleich (bzw. im Wesentlichen gleich); die Abstände zwischen diesen Punkten und der Mitte des Vielecks A variieren jedoch. Somit bilden die Punkte V1 bis V20 ein ungleichmäßiges Vieleck, wobei alle Seiten zwar gleich, jedoch nicht kreisförmig angeordnet sind.
Ein Beispiel für die Berechnung eines typischen nicht kreisförmigen Ritzel kann wie folgt aussehen. Die Formel für den Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors lautet:
In einem Beispiel können folgende Werte angenommen werden:
L = 30,32 mm (durchschnittlicher Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors)
B = 1,2 mm (gewünschter Unrundheitsfaktor)
N = 20 (am Rotor erforderliche Anzahl von Zähnen)
M = 2 (Anzahl vorstehender Bereiche)
Diese Werte führen zu folgenden Ergebnissen:

R1 31,52

R2 31,29

R3 30,69

R4 29,95

R5 29,35

R6 29,12

R7 29,35

R8 29,95

R9 30,69

R10 31,29

R11 31,52

R12 31,29

R13 30,69

R14 29,95

R15 29, 35

R16 29,12

R 17 29,35

R 18 29,95

R 19 30,69

R20 31,29
Die vorstehende Tabelle zeigt folgendes:
R1 und R11 sind 1,2 mm länger als L. Dies entspricht der langen Achse des Ritzels in 1.
R6 und R16 sind 1,2 mm kürzer als L. Dies entspricht der kurzen Achse des Ritzels in 1.
Die vorliegende Erfindung schließt auch ein Verfahren zur Konstruktion des in 1 gezeigten Zahnrads ein. Ein derartiges Verfahren kann umfassen, dass zuerst ein Muster bzw. eine Schablone in Form eines ungleichmäßigen Vielecks wie in 2 gezeigt mit der vorstehenden Formel generiert wird. Nachdem alle Scheitelpunkte des Vielecks berechnet sind, wird das gewünschte Profil aus Zahn und Vertiefung zwischen den Punkten V1 und V2, V2 und V3 etc. eingefügt. Anschließend wird eine Kontur einer Vertiefung mit angrenzenden Zahnseiten generiert. Die Vertiefungen werden sodann am Umkreis des Rotors positioniert, indem die Mittelpunkte der Kronen der Kronenzähne an den Schnittpunkten der Seiten des ungleichmäßigen Vielecks positioniert werden. Die Kontur eines jeden Zahns und einer jeden Vertiefung wird so vorgesehen, dass das Profil der Vertiefung zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne im Wesentlichen gleich ist. Das erforderliche nicht kreisförmige Profil des Umkreises wird durch Änderung der Ausrichtung der Vertiefung auf einer Seite eines Zahns relativ zur Vertiefung auf der anderen Seite des Zahns erzielt. Das Ritzel wird sodann mit Bezug auf die Kontur der Zähne konstruiert, die mit Bezug auf das ungleichmäßige Vieleck erzeugt wurde.
Das Verfahren ermöglicht die Konstruktion eines Ritzels, bei der alle Vertiefungen dieselbe Breite (gemessen an einer bestimmten gegebenen Tiefe), die Zähne jedoch eine variierende Breite aufweisen. 3 zeigt diese Konfiguration, bei der die Breite jeder Vertiefung an einer beliebig gewählten Tiefe konstant 4,06 mm beträgt, während die an derselben Tiefe gemessene Breite eines jeden Zahns zwischen 4,35 mm bei V1 und 4,55 mm bei V6 variiert.
In einer besonders praktischen Konfiguration für den Einsatz dieses Verfahrens ergeben sich die Faktoren der Gleichung folgendermaßen: Bei einer gegebenen Anforderung an ein Ritzel werden die Anzahl N der Zähne und der durchschnittliche Abstand L von der Achse A zur Krone des Zahns durch den für das Ritzel vorgesehenen Einsatzzweck definiert. Auch der gewünschte Unrundheitsfaktor B wird durch den für das Ritzel vorgesehenen Einsatzzweck bestimmt, z.B. durch die Art der Schwingungen, die im Betrieb verringert werden sollen.
Auch die Anzahl der vorstehenden Bereiche bzw. Pole M werden durch den für das Ritzel vorgesehenen Einsatzzweck bestimmt; es sind z.B. zwei für ein ovales Profil, drei für ein dreieckiges Profil, vier für ein quadratisches Profil etc. Wenn das Ritzel z.B. in einem Fahrzeugmotor verwendet werden soll, muss die Anzahl der Pole der Motorbauart entsprechen. Beispielsweise eignen sich zwei Pole (ovales Profil) für das Nockenwellenzahnrad eines Vierzylinder-Reihenmotors und drei Pole (dreieckiges Profil) für das Kurbelwellenzahnrad eines Dreizylinder-Reihenmotors oder Für das Nockenwellenzahnrad eines V-6-Motors.
Nun wird die Art detaillierter beschrieben, in der das konstante Vertiefungsprofil relativ zu den Scheitelpunkten V1 bis V20 positioniert wird, um die variierende Zahnbreite zu erzielen.
5 stellt eine Vergrößerung eines Teils des Umkreises des in 3 gezeigten Ritzels dar. 6 zeigt zu Vergleichszwecken eine ähnliche Ansicht eines Teils des Umkreises eines bekannten kreisförmigen Zahnrades. 5a und 5b zeigen in einer beispielhaften Form stark vergrößerte schematische Ansichten der Zähne des in 5 gezeigten Ritzels, und 5c und 5d zeigen ähnliche vergrößerte schematische Zeichnungen derselben Zähne, jedoch in einer anderen alternativen Form. In 5 variiert die Breite der Zähne bei einer gegebenen Tiefe zwischen 4,35 mm und 4,55 mm, während die Breite der Vertiefungen bei dieser Tiefe bei 4,06 mm verbleibt. 6 zeigt, dass bei einem kreisförmigen Zahnrad die Zahnbreite konstant bei 4,45 mm und die Vertiefungsbreite konstant bei 4,05 mm verbleibt.
5a und 5b zeigen ein bestimmtes Beispiel der resultierenden Zahnformen. 5b zeigt ausschließlich beispielhaft die Krone 9 mit dem Mittelpunkt V1 mit einer im Wesentlichen flachen Krone, die als gerade Linie im Umkreis gezeigt ist, die vertikal zum Durchmesser 20 des Rotors steht. 5a zeigt stark übertrieben, wie die Positionierung der konstanten Vertiefungsform am Mittelpunkt V6 eine Vertiefung in der Krone erzeugt. Auf beiden Seiten des Mittelpunkts V6 ist der flache Kronenbereich 9 leicht zum Durchmesser 21 geneigt, mit dem Ergebnis, dass sich die Zahnbreite im Vergleich zur in 5b gezeigten Zahnbreite von 4,35 mm leicht auf 4,55 mm erhöht.
5c und 5d zeigen eine alternative Form der Positionierung der konstanten Vertiefungsprofile. Hier wird beispielhaft gezeigt, dass die Krone am Mittelpunkt V6 eine flache Oberfläche darstellt, die durch eine gerade Linie in der Kontur von 5c gezeigt ist, die im Wesentlichen vertikal zum Durchmesser 21 steht. 5d zeigt das Ergebnis, wenn die Konstruktion des Rotors damit begonnen wird, dass dieser Zahn mit seinem Mittelpunkt am Punkt V6 des Vielecks in 2 angeordnet wird und dieselben konstanten Vertiefungsformen um das Profil von V6 bis V1 angeordnet werden. Hier ist ersichtlich, dass jeder halbe Bereich der Krone 9 auf beiden Seiten des Mittelpunkts V1 mit einem Winkel von etwas unter 90° zum Durchmesser 20 geneigt ist, so dass am Mittelpunkt V1 eine leichte Spitze bzw. ein leichter Scheitelpunkt erscheint.
So wird bei jedem der in 5a und 5b sowie 5c und 5d gezeigten beiden Beispiele das erforderliche nicht kreisförmige Profil erzielt, indem die Ausrichtung der Vertiefung auf einer Seite eines Zahns relativ zur Vertiefung auf der anderen Seite des Zahns durch eine Variation um den Mittelpunkt der Krone des Zahns geändert wird. Besonders zu beachten ist, dass die mit Bezug auf die 5a bis 5d beschriebenen Beispiele nur Beispiele einer Form der Krone des Zahns darstellen, die vorgesehen werden kann. In praktischen Beispielen kann die Kronenoberfläche rund oder flach sein, wobei die Ausrichtung der Vertiefungen auf jeder Seite des Zahns weiterhin variiert wird, um das gewünschte nicht kreisförmige Profil zu erzielen.
Nun werden mit Bezug auf 7 bis 9d verschiedene Beispiele von Synchronantriebsvorrichtungen beschrieben, die ein nicht kreisförmiges erfindungsgemäßes Ritzel aufweisen können.
Bei 7 handelt es sich um eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Synchronantriebsvorrichtung für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung besteht aus einer gestreckten Endlosantriebsstruktur 10, dem ersten und zweiten Rotor 11 und 12 sowie weiteren Rotoren 13, 14 und 17. Die gestreckte Endlosantriebsstruktur 10 wird durch einen konventionellen Steuerriemen gebildet, der Zähne 15 mit dazwischenliegenden Vertiefungen aufweist, die mehrere greifende Sektionen der gestreckten Endlosantriebsstruktur bilden. Jeder der Rotoren 11 und 12 wird durch ein Ritzel mit mehreren Zähnen 16 gebildet, die in die Vertiefungen zwischen den Zähnen 15 des Steuerriemens 10 greifen. Das Ritzel 11 ist mit der Kurbelwelle (nicht gezeigt) eines Verbrennungsmotors gekoppelt, und das Ritzel 12 ist mit einer rotierenden Lastvorrichtung (nicht gezeigt) gekoppelt, die durch eine Nockenwelle 26 des Verbrennungsmotors gebildet wird. Der Steuerriemen 10 verläuft um den ersten und zweiten Rotor 11 und 12, wobei der erste Rotor 11 so angeordnet ist, dass er den Riemen 10 antreibt und der zweite Rotor 12 so angeordnet ist, dass er durch den Riemen 10 angetrieben wird. Auch der Rotor 14 hat Zähne 16 und besteht aus einem Zahnrad zum Antrieb anderer Elemente des Verbrennungsmotors wie beispielsweise einer Wasserpumpe, und der Rotor 13 dient vorzugsweise als Riemenspanner, der auf eine nicht gezahnte Seite des Steuerriemens 10 wirkt, um den Riemen in bekannter Weise zu spannen. Der Rotor 17 dient vorzugsweise als eine feste Spannrolle, die auf die nicht gezahnte Seite des Steuerriemens 10 wirkt.
In einer bekannten Form einer Synchronantriebsvorrichtung weist das Kurbelwellenritzel ein kreisförmiges Profil auf. In diesem Fall ist die Synchronantriebsvorrichtung für Schwingungen anfällig, die als Torsionsschwingungen bekannt sind und durch das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile des Verbrennungsmotors durch die obenliegende Nockenwelle verursacht werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in 7 für einen Motor mit obenliegender Nockenwelle weist das Kurbelwellenritzel 11 ein (wie zuvor beschriebenes) nicht kreisförmiges Profil auf, das ganz allgemein durch die Referenznummer 19 gekennzeichnet ist. Das nicht kreisförmige Profil 19 ist in dem entsprechenden beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Oval mit der in 1 gezeigten Hauptachse 10 und der Nebenachse 21. Das Profil 19 weist die beiden vorstehenden Bereiche 22 und 23 sowie die beiden zurückgezogenen Bereiche 24 und 25 auf.
8a bis 8d zeigen unterschiedliche Kombinationen von Kurbelwellen- und Nockenwellenritzel für Vier- und Dreizylindermotoren. 9a bis 9d zeigen unterschiedliche Kombinationen von Kurbelwellen- und Nockenwellenritzel für Sechs-, Acht- und Zweizylindermotoren. In jedem Fall können eine oder mehrere der Zahnräder eine erfindungsgemäße Form ganz allgemein wie vorstehend beschrieben aufweisen.
Nun wird mit Bezug auf 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, in dem das nicht kreisförmige Profil des Zahnkranz allgemein oval ist, jedoch auch kleinere vorstehende Bereiche um den Rotor einschließt. In 4 ist die Breite einer jeden Vertiefung konstant mit 4,07 mm angegeben. Die Breite der Zähne ist als zwischen einem Minimum von 4,18 mm am Mittelpunkt V1 bis zu einem Maximum von 4,62 mm am Mittelpunkt V4 und wieder zurückgehend auf einen kleineren Wert von 4,42 mm bei V6 variierend angegeben. Ein ähnliches Muster wiederholt sich über die übrigen drei Viertel des Rotors.
Das in 4 gezeigte nicht kreisförmige Profil ist besonders nützlich beim Einsatz in einer Synchronantriebsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wie in 7 gezeigt. Zusätzlich zu den beiden größeren vorstehenden Bereichen 22 und 23 sind im Bereich der Mittelpunkte V6 und V16 zwei zusätzliche kleinere vorstehende Bereiche 31 und 32 vorgesehen. Hierzu sind die Mittelpunkte V1 bis V20 der Zähne in einem nicht kreisförmigen Vieleck angeordnet, das sich von dem in 2 gezeigten unterscheidet und das durch eine gegenüber der Formel für 2 modifizierte Formel definiert ist. Die Scheitelpunkte V1 bis V20 werden durch ein nicht kreisförmiges Vieleck vorgegeben, das durch die folgende Formel definiert ist:
Hierin sind:
R_n = der Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors
n = die Nummer des Schnittpunkts V_n bei Nummerierung ab einem Referenzschnittpunkt bei n = 1
L = der durchschnittliche Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors
B₂ = ein erster gewünschter Unrundheitsfaktor, der bei Messung beim größten Wert von R_n an einem größeren vorstehenden Bereich oder beim geringsten Wert von R_n an einem größeren zurückgezogenen Bereich als die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Abstand L und dem tatsächlichen Abstand R_n definiert ist, wobei der erste Unrundheitsfaktor der Art ist, dass er Schwingungen verringert bzw. ausschaltet, die durch harmonische Schwingungen zweiter Ordnung der rotierenden Lastvorrichtung entstehen
B₄ = ein zweiter Unrundheitsfaktor, der bei Messung beim größten Wert von R_n an einem kleineren vorstehenden Bereich oder beim geringsten Wert von R_n an einem kleineren zurückgezogenen Bereich als die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Abstand L und dem tatsächlichen Abstand R_n definiert ist, wobei der zweite Unrundheitsfaktor der Art ist, dass er Schwingungen verringert bzw. ausschaltet, die durch harmonische Schwingungen vierter Ordnung der rotierenden Lastvorrichtung entstehen
N = die am Rotor erforderliche Anzahl von Zähnen und
φ = ein Winkel, der eine gewünschte Phasenverschiebung zwischen Schwingungen zweiter und vierter Ordnung darstellt
Die erste vorstehend mit Bezug auf 1, 2 und 3 angegebene Formel ermöglicht die Konstruktion eines nicht kreisförmigen Zahnkranzes, der eine Hauptordnung von Torsionsschwingungen reduzieren kann. Bei vielen Motoren (wie Dieselmotoren) treten jedoch auch (harmonische) Schwingungen höherer Ordnung auf. Ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, gleichzeitig Torsionsschwingungen mehrerer Ordnungen auszuschalten bzw. zu reduzieren. In diesem Fall ist die erste vorstehende Formel etwas modifiziert, wie in der zweiten mit Bezug auf 4 gezeigten Formel gezeigt wird. Um z.B. gleichzeitig Schwingungen zweiter und vierter Ordnung bei einem Vierzylinder-Reihenmotor zu begegnen, müssen zwei Unrundheitsfaktoren B₁ und B₂ vorgesehen werden. B₂ ist der gewünschte Unrundheitsfaktor für Schwingungen zweiter Ordnung, und B₄ ist der gewünschte Unrundheitsfaktor für Schwingungen vierter Ordnung. φ ist ein Winkel, der eine gewünschte Phasenverschiebung zwischen Schwingungen zweiter und vierter Ordnung darstellt.
Der Winkel φ ist die Phasendifferenz zwischen den harmonischen Ordnungen gemäß Definition der Fourier-Gleichungen. Besonders in der zweiten Formel ist dies die Phasendifferenz zwischen der zweiten und der vierten Ordnung. Dieser Winkel hängt von den Motoreigenschaften ab. Bei Benzinmotoren ist er z.B. in der Regel klein im Vergleich zu Dieselmotoren.
Das mit der zweiten Formel erzeugte nicht kreisförmige Ritzel ist hauptsächlich oval, jedoch auch leicht quadratisch, wie in 4 gezeigt. Das gleichzeitige Ausschalten bzw. Verringern von Torsionsschwingungen mehrerer Ordnungen ist auch möglich, wenn mehr als ein nicht kreisförmiges Ritzel im selben Antrieb verwendet werden. Wenn z.B. bei einem Vierzylinder-Reihenmotor das Nockenwellenzahnrad quadratisch und das Kurbelwellenzahnrad ebenfalls quadratisch ist, werden Schwingungen zweiter und vierter Ordnung gleichzeitig vermindert.
Verbrennungsmotoren können viele verschiedene Bauarten mit unterschiedlicher Zylinderzahl, einer oder zwei Nockenwellen, mit oder ohne Kraftstoffpumpe etc. aufweisen.
Auf der Grundlage der bereits beschriebenen Anordnungen können modifizierte Formeln für eine gegebene Bauart angewendet werden. Es ist z.B. wohlbekannt, dass ein Vierzylindermotor hauptsächlich Schwingungen zweiter Ordnung erzeugt. Dies bedeutet, dass man den Wert 2 für M wählen kann (Anzahl der vorstehenden Bereiche des Rotorprofils). Bei einer atypischen Bauart müssen der Motor getestet und die Motorschwingungen gemessen werden, um eine geeignete Formel zu finden.
Wiederum mit Bezug auf Formel 5 ist die Bedeutung des Unrundheitsfaktors B gezeigt. Der Abstand zwischen einem Punkt V, und der Mitte des Zahnrads (Punkt A) ist gegeben durch: R1 = L + B
Der Abstand zwischen einem Punkt V₆ und der Mitte des Ritzels (Punkt A) ist gegeben durch: R6 =L + B
Beachtet werden muss, dass der Zahn bei V₁ eine Breite von 4,35 mm (bei Messung an einer gegebenen Tiefe) aufweist, der Zahn bei V₆ jedoch eine Breite von 4,5 mm.
6 zeigt ein gleichmäßiges rundes Ritzel. In diesem Ritzel sind alle Abstände von einem Punkt V_n zur Mitte des Ritzels (Punkt A) gleich, so dass folgendes gilt: Rn= L
Der Zahn bei V₁ hat dieselbe Breite von 4,45 mm wie der Zahn bei V₆.
Nachfolgend werden den 8a bis 9d Angaben zugeordnet:
8a Vierzylinder-Reihenmotor Kurbelwellenritzel: oval Nockenwellenritzel: rund
8b Vierzylinder-Reihenmotor Kurbelwellenritzel: rund Nockenwellenritzel: quadratisch
8c Vierzylinder-Reihenmotor Kurbelwellenritzel: oval Nockenwellenritzel: quadratisch
8d Dreizylinder-Reihenmotor Kurbelwellenritzel: rund Nockenwellenritzel: dreieckig
9a Sechszylinder-Reihenmotor Kurbelwellenritzel: dreieckig Nockenwellenritzel: rund
9b V-6-Motor Kurbelwellenritzel: rund Nockenwellenritzel: dreieckig
9c V-8-Motor Kurbelwellenritzel: rund Nockenwellenritzel: quadratisch
9d Zweizylindermotor Kurbelwellenritzel: rund Nockenwellenritzel: oval

Claims

Rotationskomponente bestehend aus einem Rotor (11) mit mehreren am Umkreis des Rotors angeordneten Zähnen (16), wobei jeder Zahn eine Krone (9) besitzt und sich zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne eine Vertiefung (8) befindet und die Kronen der Zähne auf einem gekrümmten Umfang liegen, der den Umkreis des Rotors bildet, und wobei der Umkreis des Rotors ein nicht kreisförmiges Profil mit mindestens zwei vorstehenden Bereichen (22, 23) aufweist, die sich mit zurückgezogenen Bereichen (24, 25) abwechseln, wobei der Abstand der zwischen den Mittelpunkten (V) der Kronen (9) eines jeden Paares nebeneinander liegender Zähne (16) und dass das Profil der Vertiefung (8) zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne im Wesentlichen gleich ist, und dass der Abstand zwischen dem Mittelpunkt (V) jeder Krone (9) und der Achse (A) des Rotors am Umkreis variiert, um das genannte nicht kreisförmige Profil zu erzielen.
Rotationskomponente nach Anspruch 1, bei der bei jedem Zahn die Ausrichtung der Vertiefung (8) auf einer Seite des Zahns (9) relativ zur Vertiefung auf der anderen Seite des Zahns gemessen am Mittelpunkt (V) der Krone des Zahns am Umkreis variiert, um das genannte nicht kreisförmige Profit zu erzielen.
Rotationskomponente nach Anspruch 2, bei der sich die Mittelpunkte (V) der Kronen (9) der Zähne (16) jeweils an Schnittpunkten angrenzender Seiten eines ungleichmäßigen Vielecks (27) befinden, wobei die gleichen Seiten nicht kreisförmig angeordnet sind und wobei die Position eines Schnittpunkts (V_n) zweier angrenzender Seiten des Vielecks durch die folgende Formel ausgedrückt wird:
und hierin sind: R_n = der Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors; n = die Nummer des Schnittpunkts V_n bei Nummerierung ab einem Referenzschnittpunkt bei n = 1; L = der durchschnittliche Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors; B = der gewünschte Unrundheitsfaktor, der bei Messung beim größten Wert von R_n oder beim geringsten Wert von R_n als die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Abstand L und dem tatsächlichen Abstand R_n definiert ist; N = die am Rotor erforderliche Anzahl von Zähnen und M = die Anzahl vorstehender Bereiche des Rotorprofils.
Rotationskomponente bestehend aus einem Rotor (11) mit mehreren am Umkreis des Rotors angeordneten Zähnen (16), wobei jeder Zahn eine Krone besitzt und sich zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne eine Vertiefung (8) befindet, die Kronen der Zähne auf einem gekrümmten Umfang liegen, der den Umkreis des Rotors bildet und der Umkreis des Rotors ein nicht kreisförmiges Profil mit mindestens zwei vorstehenden Bereichen (22, 23) aufweist, die sich mit zurückgezogenen Bereichen (24, 25) abwechseln, wobei bei jedem Zahn die Ausrichtung der Vertiefung (8) auf einer Seite des Zahns relativ zur Vertiefung auf der anderen Seite des Zahns gemessen am Mittelpunkt (V) der Krone (9) des Zahns am Umkreis variiert, um das genannte nicht kreisförmige Profil zu erzeugen.
Rotationskomponente bestehend aus einem Rotor (11) mit mehreren am Umkreis des Rotors angeordneten Zähnen (16), wobei jeder Zahn eine Krone (9) besitzt und sich zwischen jedem Paar nebeneinander liegender Zähne eine Vertiefung (8) befindet, die Kronen der Zähne auf einem gekrümmten Umfang liegen, der den Umkreis des Rotors bildet und der Umkreis des Rotors ein nicht kreisförmiges Profil mit mindestens zwei vorstehenden Bereichen (22, 23) bildet, die sich mit zurückgezogenen Bereichen (24, 25) abwechseln, wobei die Mittelpunkte der Kronen der Zähne jeweils an Schnittpunkten angrenzender Seiten eines ungleichmäßigen Vielecks positioniert sind und die gleichen Seiten nicht kreisförmig angeordnet sind und wobei die Position eines Schnittpunkts V_n zweier angrenzender Seiten des Vielecks durch die folgende Formel ausgedrückt wird:
und hierin sind: R_n = der Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors; n = die Nummer des Schnittpunkts V_n bei Nummerierung ab einem Referenzschnittpunkt bei n = 1; L = der durchschnittliche Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors; B = der gewünschte Unrundheitsfaktor, der bei Messung beim größten Wert von R_n oder beim geringsten Wert von R_n als die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Abstand L und dem tatsächlichen Abstand R_n definiert ist; N = die am Rotor erforderliche Anzahl von Zähnen und M = die Anzahl vorstehender Bereiche des Rotorprofils.
Rotationskomponente nach Anspruch 1, bei der das genannte nicht kreisförmige Profil ganz allgemein oval ist.
Rotationskomponente nach Anspruch 1, bei der das genannte nicht kreisförmige Profil drei in regelmäßigen Abständen um den Rotor angeordnete vorstehende Bereiche aufweist.
Rotationskomponente nach Anspruch 1, bei der das genannte nicht kreisförmige Profil vier in regelmäßigen Abständen um den Rotor angeordnete vorstehende Bereiche aufweist.
Rotationskomponente nach Anspruch 8, bei der die genannten vorstehenden Bereiche aus größeren vorstehenden Bereichen (22, 23) und die genannten zurückgezogenen Bereiche aus größeren zurückgezogenen Bereichen (24, 25) bestehen und das nicht kreisförmige Profil (19) zusätzliche kleinere vorstehende Bereiche (31, 32) von kleinerem Ausmaß als die größeren vorstehenden Bereiche (22, 23) einschließt.
Synchronantriebsvorrichtung, bestehend aus: einer gestreckten Endlosantriebsstruktur (10) mit mehreren greifenden Bereichen (15); mehreren Rotoren, die mindestens aus einem ersten und einem zweiten Rotor (11, 12) bestehen, wobei der erste Rotor (11) mehrere Zähne (16) aufweist, die in die greifenden Bereiche (15) der gestreckten Antriebsstruktur (10) greifen, und der zweite Rotor (12) mehrere Zähne (16) aufweist, die in den greifenden Bereich (15) der gestreckten Antriebsstruktur (10) greifen; einer rotierenden Lastvorrichtung (26), die mit dem zweiten Rotor (12) gekoppelt ist; und die gestreckte Antriebsstruktur um den ersten und zweiten Rotor greift, wobei der erste Rotor (11) für den Antrieb der gestreckten Antriebsstruktur (10) angeordnet ist, und der zweite Rotor (12) so angeordnet ist, dass er von der gestreckten Antriebsstruktur (10) angetrieben wird, und wobei die rotierende Lastvorrichtung (26) der Art ist, dass sie ein periodisch schwankendes Lastmoment darstellt, wenn sie in Rotation gebracht wird, wobei einer der genannten ersten und zweiten Rotoren eine Rotationskomponente ist, die derart angeordnet ist, dass Schwingungen, die durch das schwankende Lastmoment (103) der rotierenden Lastvorrichtung (26) entstehen, verringert oder im Wesentlichen aufgehoben werden.
Synchronantriebsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der der genannte erste Rotor (11) ein nicht kreisförmiges Profil (19) aufweist.
Synchronantriebsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der der zweite Rotor ein nicht kreisförmiges Profil (19) aufweist.
Synchronantriebsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der ein dritter Rotor (14) ein nicht kreisförmiges Profil (19) aufweist.
Synchronantriebsvorrichtung nach Anspruch 13, bei der der dritte Rotor (14) eine Spannrolle ist, die auf die gestreckte Endlosantriebsstruktur (10) wirkt und der dritte Rotor (14) mehrere Zähne (16) aufweist, die in die greifenden Bereiche (15) der gestreckten Endlosantriebsstruktur greifen.
Synchronantriebsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei bei Installation an einem Verbrennungsmotor der genannte erste Rotor ein Kurbelwellenritzel darstellt.
Synchronantriebsvorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor und die genannte rotierende Lastvorrichtung (26) eine rotierende Kraftstoffpumpe ist.
Synchronantriebsvorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Verbrennungsmotor ein Benzinmotor und die genannte rotierende Lastvorrichtung (26) eine Nockenwellenvorrichtung ist.
Synchronantriebsvorrichtung nach Anspruch 17, bei der die gestreckte Endlosstruktur (10) ein Zahnriemen ist.
Synchronantriebsvorrichtung nach Anspruch 17, bei der die gestreckte Endlosstruktur (10) eine Antriebskette ist.
Synchronantriebsvorrichtung nach Anspruch 19, bei der die genannte Rotationskomponente die Mittelpunkte der Kronen der Zähne jeweils an Schnittpunkten angrenzender Seiten eines ungleichmäßigen Vielecks (27) aufweist, wobei die gleichen Seiten nicht kreisförmig angeordnet sind und die Position eines Schnittpunkts (V_n) zweier angrenzender Seiten des Vielecks durch die folgende Formel ausgedrückt wird:
und hierin sind: R_n = der Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors; n = die Nummer des Schnittpunkts V_n bei Nummerierung ab einem Referenzschnittpunkt bei n = 1; L = der durchschnittliche Abstand zwischen einem Schnittpunkt V_n und der Mitte A des Rotors; B₂ = ein erster gewünschter Unrundheitsfaktor, der bei Messung beim größten Wert von R_n an einem größeren vorstehenden Bereich oder beim geringsten Wert von R_n an einem größeren zurückgezogenen Bereich als die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Abstand L und dem tatsächlichen Abstand R_n definiert ist, wobei der erste Unrundheitsfaktor der Art ist, dass er Schwingungen verringert bzw. ausschaltet, die durch harmonische Schwingungen zweiter Ordnung der rotierenden Lastvorrichtung entstehen; B₄ = ein zweiter gewünschter Unrundheitsfaktor, der bei Messung beim größten Wert von R_n an einem kleineren vorstehenden Bereich oder beim geringsten Wert von R_n an einem kleineren zurückgezogenen Bereich als die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Abstand L und dem tatsächlichen Abstand R_n definiert ist, wobei der zweite Unrundheitsfaktor der Art ist, dass er Schwingungen verringert bzw. ausschaltet, die durch harmonische Schwingungen vierter Ordnung der rotierenden Lastvorrichtung entstehen; N = die am Rotor erforderliche Anzahl von Zähnen und φ = ein Winkel, der eine gewünschte Phasenverschiebung zwischen Schwingungen zweiter und vierter Ordnung darstellt.