DE10230188A1

DE10230188A1 - Spannsystem für einen Zugmitteltrieb

Info

Publication number: DE10230188A1
Application number: DE2002130188
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Wilhelm; Michael Dipl.-Ing. Bogner
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-01-22
Also published as: AU2003232836A1; WO2004005681A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb (1), bei dem die Vorspannkraft des Zugmittels (2) mittels eines Spannsystems (7a) sichergestellt wird. Das Spannsystem (7a) umfasst einen Tragkörper (8), an dem eine selbsttätig verstellbare Spannrolle (9) sowie eine ortsfest angeordnete, drehbare Umlenkrolle (10) angeordnet ist.

Description

Zur Sicherstellung einer ausreichenden Vorspannung des elastischen Zugmittels, insbesondere Riemen, in einem Zugmitteltrieb werden Spannsysteme eingesetzt. Die Erfindung bezieht sich auf einen Zugmitteltrieb, der für eine Brennkraftmaschine vorgesehen ist und den Antrieb eines zugmittelgetriebenen Startergenerators einschließt. Zur Vermeidung einer Startverzögerung ist dazu im Startmodus eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels erforderlich. Das Spannsystem umfasst einen drehstarr lagepositionierten Tragkörper, an dem mittelbar oder unmittelbar eine schwenkbare, federnd an dem Zugmittel abgestützte, drehbar gelagerte Spannrolle angeordnet ist.
Ein Zugmitteltrieb, der den Antrieb eines Startergenerators einschließt, erfordert nahezu stetig, d. h. unabhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, dem Startmodus oder dem Normalbetrieb, eine ausreichende Vorspannkraft des Zugmittels. Im Startmodus treibt der als Elektromotor arbeitende Startergenerator die Brennkraftmaschine an. Nach dem Start der Brennkraftmaschine erfolgt eine Umkehr, bei der ein Antrieb des Startergenerator über die Brennkraftmaschine erfolgt.
Dabei versorgt der Startergenerator im Generatorbetrieb die Brennkraftmaschine sowie das Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Abhängig von dem Betriebsmodus der Brennkraftmaschine wird ein Drehmoment von dem Startergenerator oder der Brennkraftmaschine über die entsprechenden Riemenscheiben in das Zugmittel eingeleitet. Damit verbunden ist ein Wechsel des Leertrums und des Zugtrums bzw. ein Wechsel der Drehmomentrichtung in dem Zugmitteltrum zwischen den Riemenscheiben der Kurbelwelle und des Startergenerators.

Das Dokument EP 1 122 464 A1 zeigt einen Zugmitteltrieb, der den Antrieb eines Startergenerators einschließt. Das zugehörige Spannsystem ist als Pendel-Spannsystem ausgeführt. Dieses umfasst einen drehbar angeordneten Tragkörper mit zwei Spannrollen, die mit voneinander abweichenden Hebelarmen zur Drehachse des Tragkörpers positioniert sind. Die Anordnung des Spannsystems sieht vor, dass sich eine Zugmittelführung einstellt, bei der dieses die Riemenscheibe des Startergenerators zwischen den Spannrollen des Spannsystems umschließt. Nachteilig erfordert das bekannte Spannsystem einen vergrößerten Einbauraum, da sich abhängig vom Betriebsmodus der Brennkraftmaschine die Spannrollen des Spannsystems unterschiedliche Positionen einnehmen und damit unmittelbar den Umschlingungswinkel der Riemenscheiben beeinflussen, die den Spannrollen benachbart sind.

Der aus dem Dokument JP 010 059 555 A bekannte Zugmitteltrieb umfasst ebenfalls einen Startergenerator. Zur Realisierung einer ausreichenden Vorspannkraft des Zugmittels sowohl im Startbetrieb als auch bei laufender Brennkraftmaschine sind dazu zwei selbsttätig wirkende Spannsysteme vorgesehen. Ein erstes Spannsystem umfasst eine Spannrolle, die an dem Zugmitteltrum zwischen den Riemenscheiben der Kurbelwelle und des Startergenerators abgestützt ist. Die Spannrolle des zweiten Spannsystems ist an einem dem Startergenerator nachgeordneten Abschnitt des Zugmitteltrums abgestützt. Der Aufbau sieht vor, dass beim Startmodus das erste Spannsystem blockierbar bzw. verriegelbar ist, zur Erzielung eines vorgespannten Zugmittels zwischen dem Startergenerator und der Riemenscheibe der Kurbelwelle. Bei laufender Brennkraftmaschine wird die Verriegelung gelöst, so dass sich die am Zugmittel geführte Laufrolle des Spannsystems selbsttätig einstellen kann. Die doppelte Anordnung von Spannsystemen erfordert einen großen Bauraum, der insbesondere bei kleineren Brennkraftmaschinen begrenzt ist. Weiterhin erhöht die doppelte Anordnung von Spannsystemen den Montageaufwand und die Kosten und kompensiert damit den Einspareffekt des Startergenerators, der die Aggregate Generator und Starter vereint.

Die Nachteile der bekannten Lösungen berücksichtigend, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung für einen Zugmitteltrieb ein Spannsystem zu realisieren, das bauraumoptimiert eine einfache Montage ermöglicht, zur Erzielung optimaler Umschlingungswinkel an den Riemenscheiben des Startergenerators und der Kurbelwelle.

Diese Problemstellung wird gemäß der Erfindung mittels einer ortsfest an dem Tragkörper lagepositionierten Umlenkrolle gelöst. Das erfindungsgemäße Spannsystem umfasst demnach eine sich selbsttätig einstellende, federnd an dem Zugmittel abgestützte Spannrolle sowie eine ortsfest lagepositionierte Umlenkrolle, die jeweils an dem Tragkörper befestigt sind. Das erfindungsgemäße Spannsystem bietet insbesondere für einen Großserieneinsatz eine Montagevereinfachung, da das Spannsystem einschließlich der Umlenkrolle gemeinsam montierbar sind. Weiterhin schließt die Erfindung ein, den Tragkörper des Spannsystems so auszubilden, dass deren zugehörige Umlenkrolle einen optimalen Umschlingungswinkel sowohl für die Riemenscheibe der Kurbelwelle als auch für die Riemenscheibe des Startergenerators ermöglicht. Der Umschlingungswinkel kann weiterhin durch eine definierte Lage der Umlenkrolle an dem Tragkörper sowie durch den Durchmesser der Umlenkrolle beeinflusst werden.

Gemäß der Erfindung ist außerdem vorgesehen, das Spannsystem so an der Brennkraftmaschine anzuordnen, dass sich eine Führung des Zugmittels ein stellt, bei der dieses zwischen der Umlenkrolle und der Spannrolle die Riemenscheibe des Startergenerators umschließt.

Der erfindungsgemäße Aufbau sieht eine ortsfest an dem Tragkörper befestigte Umlenkrolle vor sowie eine schwenkbar angeordnete, federnd an dem Zugmittel abgestützte Spannrolle. Bei einer Anordnung der Umlenkrolle im Zugtrum während des Startmodus, wird die Zugmittelkraft nicht wie bei bisherigen Lösungen üblich über einen Hebelarm aufgenommen, sondern von dem Tragkörper des Spannsystems. Aufgrund dieser Anordnung kann die Feder, mit der die Spannrolle gegen das Zugmittel abgestützt ist entsprechend ausgelegt werden.

Der Zugmitteltrieb, der den Antrieb eines Startergenerators einschließt, erfordert ein Spannsystem, das die Funktion zweier Spannsysteme gewährleistet. Die Forderung erfüllend verbessert die Erfindung weiterhin die Umschlingung der dem Startergenerator zugeordneten Riemenscheibe, was sich vorteilhaft im Startbetrieb der Brennkraftmaschine auswirkt, wodurch ein Schlupf des Zugmittels wirksam unterbunden wird.

Das erfindungsgemäße Spannsystem stützt sich über die schwenkbar angeordneten Spannrolle sowie die ortsfest angeordnete Umlenkrolle zweifach an dem Zugmittel ab. Diese kombinierte Einheit gewährleistet unabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine, d. h. sowohl für den Startmodus als auch für den Betriebszustand stets eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels. Da lediglich die federnd an dem Zugmittel abgestützte Spannrolle schwenkbar gelagert ist, die Umlenkrolle dagegen ortsfest angeordnet ist, ist der erforderliche Bauraum für die erfindungsgemäße Spannsystem kleiner als der bekannter Spannsysteme für einen Zugmitteltrieb, welcher einen Startergenerator einschließt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.

In vorteilhafter Weise ermöglicht das erfindungsgemäße Spannsystem die Umlenkrolle so an dem Tragkörper anzuordnen, dass diese zwischen den Riemenscheiben der Kurbelwelle und des Startergenerators von dem Zugmittel umschlungen wird. Dabei ist die Umlenkrolle im Startbetrieb der Brennkraftmaschine dem Zugtrum und die Spannrolle dem Leertrum zugeordnet. Auch im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, bei der ein Antrieb des Zugmitteltriebs über die Riemenscheibe der Kurbelwelle erfolgt, ermöglicht das erfindungsgemäße Spannsystem stets eine für den Antrieb der Aggregate erforderliche azusreichende Vorspannung des Leertrums.

Die Erfindung schließt weiterhin einen abweichenden, d.h. eine umgekehrte Anordnung des Spannsystems ein, bei der im Startbetrieb die Spannrolle zwischen dem Startergenerator und der Kurbelwelle dem Zugtrum zugeordnet ist. Die zugehörige Umlenkrolle des erfindungsgemäßen Spannsystems stützt sich in einem Leertrum an dem Zugmittel ab.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Spannsystems ist erfindungsgemäß kombinierbar mit bekannten Lösungen. Bevorzugt ist die Spannrolle des erfindungsgemäßen Spannsystems mit einem Arbeitsexzenter versehen, der auf engstem Bauraum eine relativ große Verstellung der Spannrolle ermöglicht. Diese Maßnahme kompensiert beispielsweise bei einer verschleiß-bedingten Längung des Zugmittels stets eine ausreichende Vorspannung. Zur Darstellung eines sogenannten Doppelexzenter kann der Arbeitsexzenter zusätzlich mit einem Einstellexzenter kombiniert werden. Von einer eingestellten Grundeinstellung ausgehend, kann sich daran ein von dem Arbeitsexzenter bestimmter weiterer Verstellweg der Spannrolle einstellen.

Weiterhin bietet es sich an, das erfindungsgemäße Spannsystem mit einem am Tragkörper drehbar angelenkten Schwenkhebel zu versehen, an dessen freien Ende die Spannrolle drehbar befestigt ist. Zur kraftschlüssigen Anlage der Spannrolle am Zugmittel dient eine zwischen dem Schwenkhebel und dem Tragkörper angeordnete Torsionsfeder. Dieser Aufbau kann weiterhin mit einer Reibscheibe ergänzt werden, die einen dämpfenden Einfluss auf die Stellbe wegungen des Schwenkhebels ausübt und damit nachteilig große Schwingungsausschläge des Zugmittels unterbindet.

Ein weiteres alternativ gestaltetes Spannsystem umfasst ein hydraulisch wirkendes Stellglied, welches zwischen dem Tragkörper und der Spannrolle angeordnet ist.

Außerdem kann das erfindungsgemäße Spannsystem mit einem elektrohydraulischen oder einem elektro-magnetisch wirkenden Stellglied oder Aktor kombiniert werden. Ein solcher Aktor ist vorteilhaft mit einem Ende über ein Lagerauge an dem Tragkörper und mit einem weiteren Ende an dem Schwenkhebel befestigt, an dessen freien Ende die Spannrolle drehbar angeordnet ist.

Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf ein elektronisch geregeltes bzw. ansteuerbares Stellglied, mit dem die Spannrolle des Spannsystems zur Erzielung einer stets ausreichenden Vorspannung des Zugmittels verschwenkbar ist.

Dazu bietet es sich an, dass die Ansteuerung des Stellgliedes in Verbindung mit einem Steuersystem erfolgt. Über Sensoren oder Meeswertgeber, die das Steuersystem einschließt, kann beispielsweise das Stellglied und damit die Spannrolle, in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Zugmitteltriebs und/oder der Brennkraftmaschine verstellt werden, unabhängig von dem Betriebsmodus der Brennkraftmaschine.

Weiterhin ermöglicht das elektronisch geregelte bzw. ansteuerbare Stellglied im Stillstand der Brennkraftmaschine oder synchron zum Start der Brennkraftmaschine, eine selbsttätige, die Vorspannung des Zugmittels erhöhende Position der Spannrolle.

Die Erfindung wird anhand von fünf Ausführungsbeispielen in insgesamt fünf Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer schematischen Darstellung einen Zugmitteltrieb, dem ein erfindungsgemäßes Spannsystem mit integriertem Exzenter zugeordnet ist;
2 den Zugmitteltrieb gemäß 1, wobei das Spannsystem eine an einem Schwenkhebel angeordnete Spannrolle umfasst;
3 ein Spannsystem, bei dem der Spannrolle ein hydraulisches Stellglied zugeordnet ist;
4 ein weiteres alternativ gestaltetes Spannsystem, bei dem die Spannrolle über ein elektronisch verstellbares Stellglied schwenkbar ist;
5 ein Zugmitteltrieb gemäß 1, bei dem die Spannrolle zwischen den Riemenscheiben der Kurbelwelle und des Startergenerators angeordnet ist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Der Zugmitteltrieb 1 gemäß 1 ist zum Antrieb von Aggregaten einer Brennkraftmaschine bestimmt. Als Zugmittel 2 ist ein Riemen vorgesehen, der die Riemenscheiben der einzelnen Aggregate verbindet. Der Antrieb erfolgt dabei ausgehend von einer Kurbelwelle 3 zu den Aggregaten, wie: eine Wasserpumpe 4; ein Klimakompressor 5 sowie ein Startergenerator 6. Zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels 2 dient ein Spannsystem 7a, das über einen Tragkörper 8 ortsfest, beispielsweise an einem Gehäu se einer in 1 nicht dargestellten Brennkraftmaschine befestigt ist. Das Spannsystem 7a umfasst eine Spannrolle 9, die mittels eines integrierten federvorgespannten Exzenters schwenkbar ist, sowie eine ortsfest an dem Tragkörper 8 befestigte drehbar gelagerte Umlenkrolle 10. In dem Startmodus der Brennkraftmaschine treibt der Startergenerator 6 den Zugmitteltrieb 1 bis zum Start der Brennkraftmaschine an. Gemäß des in 1 abgebildeten Spannsystems 7a ist die Spannrolle 9 an einem Leertrum 11 des Zugmittels 2 abgestützt. Dagegen ist im Startmodus die Umlenkrolle 10 zwischen den Riemenscheiben der Kurbelwelle 3 und des Startergenerators 6 dem Zugtrum 19 des Zugmittels 2 zugeordnet. Dieser Aufbau des Spannsystems 7a gewährleistet sowohl für die Riemenscheibe der Kurbelwelle 3 als auch für die des Startergenerators 6 Umschlingungswinkel „α" und „β" von jeweils > 180°. Diese großen Umschlingungswinkel „α" und „β" ermöglichen einen schlupffreien Antrieb und bewirken einen verzögerungsfreien, schnellen Start der Brennkraftmaschine im Startmodus. Das Spannsystem 7a optimiert weiterhin die Montage, da sowohl die Spannrolle 9 als auch die Umlenkrolle 10 mit dem Tragkörper 8 verbunden sind.
Die 2 bis 5 stellen alternativ ausgebildete Spannsysteme dar. Übereinstimmende Bauteile mit 1 sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass zu deren Beschreibung auf die Figurenbeschreibung von 1 verwiesen werden kann.
Die 2 zeigt das Spannsystem 7b, bei dem die Spannrolle 9 über einen Schwenkhebel 12 an dem Tragkörper 8 angelenkt ist. Der um eine Drehachse 13 verstellbare Schwenkhebel 12 bewirkt unterstützt durch eine Torsionsfeder eine kraftschlüssige Abstützung der Spannrolle 9 an dem Zugmittel 2.
In 3 ist der Zugmitteltrieb 1 mit dem Spannsystem 7c versehen. Zur Verstellung der Spannrolle 9 zwecks Erhöhung der Vorspannkraft des Zugmittels 2 ist ein hydraulisches Stellglied 14 vorgesehen. Vorzugsweise eignet sich dazu ein mechanisch-hydraulisch wirkendes Stellglied, in dem eine Druckfeder integriert ist, zur Erzielung einer selbsttätigen Verstellung der Spannrolle 9 in eine das Zugmittel 2 vorspannende Position. Anstelle des hydraulisch-mechanisch wirkenden Stellgliedes 14 kann alternativ das Spannsystem 7c ein elektrohydraulisches oder ein elektro-magnetisch wirkendes Stellglied umfassen.
Das Spannsystem 7d gemäß 4 ist mit einem elektronisch ansteuerbaren Stellglied 15 versehen. Dazu eignet sich bevorzugt ein elektrisch angetriebener Gewindetrieb. Die Ansteuerung des Stellgliedes erfolgt dabei bevorzugt in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Zugmitteltriebs und/oder der Brennkraftmaschine. Folglich kann unabhängig von dem Betriebsmodus der Brennkraftmaschine das Stellglied und damit die Spannrolle verstellt werden. Vorteilhaft wirkt das Steuersystem 16 mit Sensoren 17, 18 zusammen. Damit kann beispielsweise die Drehzahl der Riemenscheibe eines mit dem Zugmitteltrieb 1 in Verbindung stehenden Aggregates erfasst werden und in Abhängigkeit davon das Spannsystem 7d verstellt werden. Dazu sind die Sensoren 17, 18 beispielsweise im Startergenerator 6 integriert.
Das Spannsystem 7e unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Spannsystem 7a bis 7d. Die Spannrolle 9 des Spannsystems 7e ist zwischen der Kurbelwelle und dem Startergenerator 6 an dem Zugmittel 2 abgestützt. Die zugehörige Umlenkrolle 10 des Spannsystems 7e ist an dem Zugmittel 2 zwischen dem Startergenerator 6 und dem Klimakompressor 5 abgestützt. Auch für das Spannsystem 7e stellen sich Umschlingungswinkel „α" und „β" von jeweils mehr als 180° ein.

1: Zugmitteltrieb
2: Zugmittel
3: Kurbelwelle
4: Wasserpumpe
5: Klimakompressor
6: Startergenerator
7a: Spannsystem
7b: Spannsystem
7c: Spannsystem
7d: Spannsystem
7e: Spannsystem
8: Tragkörper
9: Spannrolle
10: Umlenkrolle
11: Leertrum
12: Schwenkhebel
13: Drehachse
14: hydraulisches Stellglied
15: elektronisches Stellglied
16: Steuersystem
17: Sensor
18: Sensor
19: Zugtrum

Claims

Zugmitteltrieb, insbesondere bestimmt für eine Brennkraftmaschine, der ein Spannsystem (7a bis 7e) für ein elastisches Zugmittel (2), insbesondere einen Riemen umfasst und den Antrieb eines zugmittelgetriebenen Startergenerators (6) der Brennkraftmaschine einschließt, wobei auf einem drehstarr lagepositionierten Tragkörper (8) des Spannsystems (7a bis 7e) eine schwenkbare, federnd an dem Zugmittel (2) abgestützte, drehbar gelagerte Spannrolle (9) mittelbar oder unmittelbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (8) weiterhin eine ortsfest lagepositionierte Umlenkrolle (10) aufweist und das Zugmittel (2) zwischen der Spannrolle (9) und der Umlenkrolle (10) zumindest teilweise eine Riemenscheibe des Startergenerators (6) umschließt.
Spannsystem für einen Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei in einer Einbaulage des Spannsystems (7a bis 7d) die Umlenkrolle (10) zwischen einer Riemenscheibe einer Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine und einer Riemenscheibe des Startergenerators (6) angeordnet ist.
Spannsystem für einen Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, deren Spannrolle (9) in einer Einbaulage des Spannsystems (7e) zwischen der Riemenscheibe einer Kurbelwelle (3) und der Riemenscheibe des Startergenerators (6) dem Zugmittel (2) angeordnet ist.
Spannsystem für einen Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, dessen Spannrolle (9) zumindest einen federbeaufschlagten Arbeitsexzenter umfasst.
Spannsystem für einen Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, an deren Tragkörper (8) ein um eine Drehachse (13) verstellbarer, von einer Feder beaufschlagter Schwenkhebel (12) angelenkt ist, an dessen freien Ende die an dem Zugmittel (2) abgestützte Spannrolle (9) drehbar befestigt ist.
Spannsystem für einen Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei das Spannsystem (7c) ein hydraulisches mit der Spannrolle (9) zusammenwirkendes Stellglied (14) umfasst.
Spannsystem für einen Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, bei dem das Spannsystem (7c) einen elektro-hydraulischen oder ein elektromagnetisch wirkendes Stellglied (14) aufweist.
Spannsystem für einen Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei das Spannsystem (7d) ein elektronisch ansteuerbares Stellglied (15) aufweist.
Spannsystem für einen Zugmitteltrieb nach Anspruch 8, wobei die Ansteuerung des Stellgliedes (15) des Spannsystems (7e) in Verbindung mit einem Steuersystem (6) erfolgt, das zumindest einen Sensor (17, 18) aufweist und eine stets konstante Vorspannung des Zugmittels (2) sicherstellt.
Spannsystem für einen Zugmitteltrieb nach Anspruch 9, wobei das elektronisch ansteuerbare Stellglied (15) des Spannsystems (7e) synchron zum Startvorgang der Brennkraftmaschine die Spannrolle (9) in eine der Startposition entsprechende Stellung verstellt.