DE102004025216A1

DE102004025216A1 - Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004025216A1
Application number: DE200410025216
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Bogner (FH); Bernd Dipl.-Ing. Hartmann; Hans Dipl.-Ing. Bauer
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-05-22
Filing date: 2004-05-22
Publication date: 2005-12-22
Also published as: WO2005114005A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Umschlingungsbetrieb für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel (3), das über Antriebs- bzw. Abtriebsräder (4, 6, 7) der Kurbelwelle (5) der Brennkraftmaschine (2) und anzutreibender Nebenaggregate (8, 9) geführt ist, und mit einer einen schwenkbar gelagerten Generator (11) aufweisenden Spanneinrichtung (12) für das Umschlingungsmittel (3). DOLLAR A Um eine zuverlässige Beruhigung des Umschlingungstriebverhaltens durch Verminderung der Drehungleichförmigkeit insbesondere der Kurbelwelle (5) der Brennkraftmaschine (2) sowie durch Eliminierung von Schwingungen und Resonanzen zu gewährleisten, ist auf der Kurbelwelle (5) eine unrunde Riemen- bzw. Kettenscheibe (4) zur Führung des Umschlingungsmittels (3) angeordnet ist. Gemäß einer anderen Variante ist vorgesehen, dass auf der Kurbelwelle (5) eine elastische, im Wesentlichen runde Riemen- bzw. Kettenscheibe (4) zur Führung des Umschlingungsmittels (3) angeordnet ist. Gemäß einer dritten Variante wird die gestellte Aufgabe auch durch einen Umschlingungstrieb mit einer Kombination aus einer unrunden bzw. runden und elastischen Riemen- bzw. Kettenscheibe (4) an der Kurbelwelle (5) gelöst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel, das über Antriebs- bzw. Abtriebsräder der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine sowie anzutreibender Nebenaggregate geführt ist, und mit einer einen schwenkbar gelagerten Generator aufweisenden Spanneinrichtung für das Umschlingungsmittel.
Hintergrund der Erfindung
Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden Riemen- oder Kettentriebe verwendet, bei denen eine Kurbelwelle die Nockenwellen einer Brennkraftmaschine antreibt, welche die Einlass- bzw. Auslassventile des Motors öffnen und schließen. Darüber hinaus werden Riemen- oder Kettentriebe auch genutzt, um Nebenaggregate wie beispielsweise eine Wasserpumpe, eine Klimaanlage und einen elektrischen Generator anzutreiben.
Solche Riemen- oder Kettentriebe sind auf Grund von Drehmomentschwankungen bzw. Winkelgeschwindigkeits- und Drehzahländerungen während des Betriebs mechanischen Schwingungsanregungen unterworfen, die ihrerseits den Riemen- bzw. Kettentrieb belasten. Diese Schwingungen führen in Resonanzbereichen unvorteilhaft zu hörbaren Geräuschen. Damit verbunden sind erhöhte Reibungskräfte, welche die Lebensdauer des Umschlingungstriebes sowie dessen Wirkungsgrad negativ beeinträchtigen. Darüber hinaus steigt die Fehleranfälligkeit der von dem Riementrieb angetriebenen Aggregate an und der Fahrkomfort z.B. in einem Kraftfahrzeug nimmt ab.

Aus der DE 195 20 508 A1 ist ein Umschlingungstrieb für eine Brennkraftma schine bekannt, der ein antreibendes Rad, zumindest ein getriebenes Rad und ein Umschlingungsmittel aufweist. Dabei ist zumindest ein abtreibendes Rad, welches einer der Nockenwellen zugeordnet ist, unrund ausgebildet. Hierfür ist das Rad mit über den Umfang verteilten Vertiefungen versehen, wobei die Anzahl der Vertiefungen der dominanten Ordnung der Drehbewegung entspricht. Nachteilig hierbei ist, dass im wesentlichen nur die hörbaren Schwingungsgeräusche eliminiert werden.

Weiterhin ist ein Umschlingungstrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, in den ein schwenkbar gelagerter Generator eingebunden ist, der als Spanneinrichtung für den Umschlingungstrieb verwendet wird. Diese Einrichtung zur Riemen- bzw. Kettenspannung ist auf Grund ihrer trägen Masse nicht in der Lage, Kraftspitzen, die durch die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle verursacht werden, zu eliminieren. Darüber hinaus entstehen durch eine ungleichförmige Belastung des Generators schwellende Momente im Lasttrum, die durch die ungleichförmige Belastung angeregt werden. Der Generator führt auf Grund seiner Schwenkbarkeit während des Betriebes zwar kleine zusätzliche Schwenkbewegungen aus und kann die Drehungleichförmigkeit im Umschlingungstrieb in geringem Maße kompensieren, jedoch reicht dies nicht aus, die auftretenden Drehungleichförmigkeit im gewünschtem Maße zu vermindern.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die zuverlässig eine Beruhigung des Umschlingungstriebverhaltens durch Verminderung der durch die Drehungleichförmigkeit insbesondere der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verursachten Schwingungen und Resonanzen im Umschlingungstrieb gewährleistet.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine phasenverschobene Schwingungsüberlagerung von Schwingungen zu einer Beseitigung derselben führen kann.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß einer in Anspruch 1 definierten ersten Variante dadurch gelöst, dass auf der Kurbelwelle eine unrunde Riemen- bzw. Kettenscheibe zur Führung des Umschlingungsmittels angeordnet ist.

Durch die unrunde Riemen- bzw. Kettenscheibe, die lagerichtig auf der Kurbelwelle platziert sein muss, werden zu den auftretenden mechanischen Schwingungen Gegenschwingungen erzeugt. Diese überlagern sich derart mit den von der Kurbelwelle, einer Nockenwelle oder sonstigen angetriebenen Nebenaggregaten, wie beispielsweise Wasserpumpe, Kraftstoffpumpe, Klimaanlage usw., ausgehenden Schwingungen und Drehungleichförmigkeiten, dass die Schwingungen bzw. Drehungleichförmigkeiten des Umschlingungstriebes gezielt vermindert werden. Somit wird ein Kompromiss zwischen der Reduzierung der im Umschlingungstrieb wirksamen Drehungleichförmigkeit bei niedrigen Drehzahlen und der ohnehin geringen Drehungleichförmigkeit bei höheren Drehzahlen erreicht.

Die Laufunruhe des Umschlingungstriebs beziehungsweise die bei diesem auftretenden dynamischen Kräfte werden insgesamt reduziert, so dass das Umschlingungsmittel, etwa ein Riemen oder eine Kette, weniger belastet wird.

Die Lebensdauer des Umschlingungstriebes, speziell des Umschlingungsmittels, wird somit erhöht, während die Störanfälligkeit aller Umschlingungstriebkomponenten sinkt. Insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, bei denen normalerweise durch die trägen Massen hohe Kraftspitzen auftreten, wird eine signifi kante Absenkung der durch die ungedämpften Schwingungen verursachten Drehungleichförmigkeit des Laufes des Umschlingungstriebes und insbesondere auch der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erreicht. Dabei werden störende Vibrations- und Resonanzgeräusche beseitigt sowie der Fahrkomfort in einem Kraftfahrzeug erhöht.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die von der Kreisform abweichende geometrische Form der Riemen- oder Kettenscheibe der Kurbelwelle elliptisch, dreieck- oder vieleckförmig ist. Möglich ist beispielsweise auch eine Trapez-Form dieser Scheibe. Unabhängig von der geometrischen Gestaltung bildet die unrund ausgeführte Riemenscheibe oder Kettenscheibe keine eckigen Übergangszonen. Die Auswahl der Form der Riemen- oder Kettenscheibe der Kurbelwelle ist insbesondere abhängig von den zu erwartenden Drehzahlen, den auftretenden Schwingungen und Resonanzen sowie von den Drehmomentschwankungen und Winkelgeschwindigkeitsänderungen des Umschlingungstriebes. Selbstverständlich ist die Abweichung der Riemen- oder Kettenscheibengeometrie von der Kreisform nur vergleichsweise gering, so dass eine sichere Führung des Umschlingungsmittels auf der genannten Riemen- oder Kettenscheibe der Kurbelwelle gewährleistet ist. Diese Abweichung ist aber derart stark ausgeprägt, dass das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem gelöst wird.

Alternativ wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gemäß einer zweiten Variante auch dadurch gelöst, dass auf der Kurbelwelle eine elastische, im wesentlichen runde Riemen- bzw. Kettenscheibe zur Führung des Umschlingungsmittels angeordnet ist.

Hierbei ist die Elastizität der Riemen- bzw. Kettenscheibe der Kurbelwelle derqart gewählt, dass diese der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle entgegen wirkt, welche dadurch wirksam vermindert wird. Die Elastizität der Riemen- und Kettenscheibe ermöglicht eine gezielte, partielle Deformation, die eine Dämpfung ermöglicht. Vorzugsweise ist die Elastizität dieser Riemen- bzw. Kettenscheibe in radialer Richtung wirksam.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Riemen- bzw. Kettenscheibe an der Kurbelwelle sowohl eine unrunde bzw. runde Umfangsgeometrie, als auch die genannten elastischen Eigenschaften aufweist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umschlingungstriebes ist der Brennkraftmaschine eine Steuerelektronik zur Regelung des abgegriffenen Drehmoments des Generators zugeordnet. Dabei wird das abgegriffene Drehmoment am Generator derart geregelt, dass die hierdurch entstehende Drehungleichförmigkeit der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle entgegen wirkt.

Zweckmäßigerweise sind zur Regelung des abgegriffenen Drehmoments des Generators als Regelgröße die im Lasttrum des Umschlingungstriebes entstehenden Kraftspitzen und/oder die an der Riemen- bzw. Kettenscheibe der Kurbelwelle gemessene Drehzahl nutzbar.

Die genanten mechanischen und regelungstechnischen Maßnahmen können gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden, um einen größtmöglichen Erfolg zu erzielen.

Unabhängig davon, welche der genannten Arten der Kompensation der Drehungleichförmigkeiten verwendet wird, entsteht in jedem Fall eine positive Auswirkung auf das dynamische Verhalten des Umschlingungstriebes bei Einsatz einer Generatorspanneinrichtung.

Gemäß einer letzten Variante der Erfindung ist der Generator als Startergenerator ausgebildet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen in einer Ausführungsform näher erläutert. Darin zeigt
1 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Umschlingungstriebes,
2 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Umschlingungstrieb, und
3 ein Diagramm der bisher üblichen Drehungleichförmigkeit an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Der Umschlingungstrieb 1 gemäß 1 einer in 2 dargestellten Brennkraftmaschine 2 umfasst ein als endlosen Riemen ausgebildetes Umschlingungsmittel 3. Dieses umschlingt eine Riemenscheibe 4 der Kurbelwelle 5 und zwei Abtriebsräder 6 und 7 zweier zueinander beabstandeter Nebenaggregate, nämlich einer antreibbaren Wasserpumpe 8 und einer antreibbaren Klimaanlage 9. Die Riemenscheibe 4 der Kurbelwelle 5 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel eine elliptische Form und ist zielführend lagerichtig auf der Kurbelwelle 5 platziert.
Des Weiteren ist das Umschlingungsmittel 3 über ein Antriebsrad 10 eines Startergenerators 11 geführt, der schwenkbar gelagert ist und als Spanneinrichtung 12 für den Umschlingungstrieb 1 wirkt.
Gemäß 2 ist der Brennkraftmaschine 2 ein Sensor 13 zur Ermittlung der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle 5 zugeordnet. Dieser steht über eine Leitung 14 mit einer Steuerelektronik 15 in Verbindung, die dem Startergenera tor 11 zugeordnet ist. Die Steuerelektronik 15 dient zur Regelung des von dem Startergenerator 11 abgegriffenen Drehmoments.
Zusätzlich ist der Brennkraftmaschine 2 ein weiterer Starter 16 in Form eines Elektromotors zugeordnet. Dieser ist beispielsweise notwendig bei sehr leistungsstarken bzw. großen Brennkraftmaschinen 2, um diese auch bei niedrigen Temperaturen sicher Starten zu können. Dieser Starter 16 wirkt in an sich bekannten Weise über einen Stirnradtrieb auf die Kurbelwelle 5.
3 zeigt die üblicherweise auftretenden Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle 5 in Abhängigkeit von der Drehzahl, wenn keine Maßnahmen zur Verminderung der Drehungleichförmigkeit getroffen sind. Bei niedrigen Drehzahlen, also im Leerlauf bzw. im anfänglichen Lastbetrieb der Brennkraftmaschine 2, treten sehr hohe Drehungleichförmigkeiten an der Kurbelwelle 5 auf, die beispielsweise bei 1.000 Umdrehungen pro Minute etwa 14% betragen. Mit steigender Drehzahl vermindern sich die Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle 5 auf etwa 2% und verbleiben bei einem weiteren Anstieg der Drehzahl ungefähr in diesem Bereich.
Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Maßnahmen, also bei Ausbildung der Riemenscheibe 4 in einer nichtrunden Form und/oder bei elastischer Ausbildung der Riemenscheibe 4 und/oder in Verbindung mit der Steuerelektronik 15 zur Regelung des von dem Startergenerator 11 aus dem Umschlingungstrieb abgegriffenen Drehmoments kann die anfängliche Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle 5 auf einen angestrebten Ungleichförmigkeitswert von etwa 4% abgesenkt werden.
Gemäß der Erfindung ist auch eine Kombination der unrunden Kurbelwellenscheibe 4 mit den genannten elastischen Eigenschaften derselben vorteilhaft kombinierbar.

1: Umschlingungstrieb
2: Brennkraftmaschine
3: Umschlingungsmittel
4: Riemenscheibe
5: Kurbelwelle
6: Abtriebsrad
7: Abtriebsrad
8: Wasserpumpe
9: Klimaanlage
10: Antriebsrad
11: Startergenerator
12: Spanneinrichtung
13: Sensor
14: Leitung
15: Steuerelektronik
16: Starter

Claims

Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel (3), das über Antriebs- bzw. Abtriebsräder (4, 6, 7) der Kurbelwelle (5) der Brennkraftmaschine (2) und anzutreibender Nebenaggregate (8, 9) geführt ist, und mit einer einen schwenkbar gelagerten Generator (11) aufweisenden Spanneinrichtung (12) für das Umschlingungsmittel (3), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kurbelwelle (5) eine unrunde Riemen- bzw. Kettenscheibe (4) zur Führung des Umschlingungsmittels (3) angeordnet ist.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemen- bzw. Kettenscheibe (4) eine elliptische, dreieckförmige, vieleckförmige oder andere von der Kreisform abweichende geometrische Form aufweist.
Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel (3), das über Antriebs- bzw. Abtriebsräder (4, 6, 7) der Kurbelwelle (5) der Brennkraftmaschine (2) und anzutreibender Nebenaggregate (8, 9) geführt ist, und mit einer einen schwenkbar gelagerten Generator (11) aufweisenden Spanneinrichtung (12) für das Umschlingungsmittel (3), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kurbelwelle (5) eine elastische und im we sentlichen runde Riemen- bzw. Kettenscheibe (4) zur Führung des Umschlingungsmittels (3) angeordnet ist.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität der Riemen- bzw. Kettenscheibe (4) der Kurbelwelle (5) derart ausgelegt ist, dass diese der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle (5) entgegenwirkt.
Umschlingungstrieb nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität dieser Riemen- bzw. Kettenscheibe in radialer Richtung wirksam ist.
Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennkraftmaschine (2) eine Steuerelektronik (15) zur Regelung des abgegriffenen Drehmoments des Generators (11) zugeordnet ist.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des abgegriffenen Drehmoments des Generators (11) als Regelgröße die im Lasttrum des Umschlingungstriebes (3) entstehenden Kraftspitzen nutzbar ist.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des abgegriffenen Drehmoments des Generators (11) als Regelgröße die an der Riemen- bzw. Kettenscheibe (4) der Kurbelwelle (5) gemessene Drehzahl nutzbar ist.
Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (11) als Startergenerator ausgebildet ist.
Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemen- bzw. Kettenscheibe (4) an der Kurbelwelle (5) sowohl eine unrunde bzw. runde Umfangsgeometrie, als auch elastische Eigenschaften aufweist.