DE69206887T2 - Riementrieb mit Schraubenfeder als Generatorverbindung - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Antriebssysteme und insbesondere auf Rippenkeilriemenantriebssysteme für Aggregate motorisierter Fahrzeuge.
• Riementriebe bzw. Rippenkeilriemenantriebssysteme für Aggregate werden in motorisierten Fahrzeugen zunehmend verwendet. Ein typisches Rippenkeilriemenantriebssystem enthält eine Antriebsriemenscheibe auf der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs, eine Reihe angetriebener Riemenscheiben für die Nebenaggregate und einen poly-V-Riemen, der über die antreibende und die angetriebenen Riemenscheiben aufgezogen ist. Ein Vorteil der Rippenkeilriemenantriebe liegt darin, daß die Nebenaggregate ortsfest angeordnet werden können, wenn ein automatischer Riemenspanner am Riemen vorgesehen ist.
• Insbesondere wenn der Motor ein 4-Zylinder-Motor ist, erzeugt die antreibende Riemenscheibe eine hohe dynamische Last am Riemen. Diese hohe dynamische Last tritt aufgrund der variablen Drehmoment-Ausgangscharakteristik von derartigen Motoren auf. Unter diesen Umständen kann das spannelement keine Anpassung an alle verschiedenen Drehmoment- Charakteristiken vornehmen. Das Resultat hieraus ist eine zeitweilig auftretende Geräuschentwicklung und eine Verringerung der Lebensdauer des Riemens, aufgrund eines spontan auftretenden Riemenschlupfs. Es wurde daher angeregt, einen Entkoppler für die Motorkurbelwelle zu schaffen, um die hohe dynamische Riemenbelastung in den Griff zu bekommen. Diese Lösung ist zwar wirksam, aber teuer, da der Entkoppler gewöhnlich eine Kapazität aufweisen muß, die gleich der Systemkapazität ist. Es besteht daher ein Bedarf für eine kostengünstigere Weise einer Anpassung der hohen dynamischen Riemenbelastung, um so die Geräuschentwicklung zu reduzieren und die Riemenlebensdauer zu erhalten.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den oben beschriebenen Bedarf zu decken. Die Erfindung basiert auf dem Prinzip, daß, da das Generatoraggregat die höchste Massenträgheit im System darstellt, aber nur einen Anteil der Gesamtkapazität des Systems erfordert, Kostengünstigkeit durch Ausbilden einer Entkopplerfunktion zwischen dem Generatorläufer und der Generatorriemenscheibe geschaffen werden kann. Dementsprechend kann die Aufgabe dadurch gelöst werden, daß ein Riementrieb für ein motorisiertes Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche eine Ausgangswelle mit einer ortsfest darauf befestigten und um die Ausgangswellenachse drehbaren Antriebsriemenscheibe aufweist, mit einer Aufeinanderfolge von angetriebenen Aggregaten, von denen jedes eine angetriebene Riemenscheibe aufweist, welche um eine Achse, die parallel zur Ausgangswellenachse liegt, drehbar ist, und mit einem Rippenkeilriemen, der im Wirkzusammenhang mit einer Aufeinanderfolge der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheiben, die der Aufeinanderfolge der angetriebenen Aggregate bezüglich der Bewegungsrichtung des Riemens entspricht, befestigt ist, um zu bewirken, daß die angetriebenen Riemenscheiben im Abhängigkeit von der Drehung der antreibenden Riemenscheibe rotieren. Die Aufeinanderfolge der angetriebenen Aggregate enthält ein Generatoraggregat, das ein Gehäuse und eine im Gehäuse zur Drehung um die Läuferachse befestigte Armatur- bzw. Läuferanordnung aufweist. Außerhalb des Gehäuses wird durch die Läuferanordnung eine Nabenanordnung um die Läuferachse drehbar gehalten, wobei die Riemenscheibe der Generatoranordnung auf der Nabenanordnung befestigt ist, damit sie mit der Nabenanordnung eine Drehbewegung um die Läuferachse ausführt. Eine Schraubenfeder ist betrieblich zwischen der Generatorriemenscheibe und der Nabenanordnung angeordnet, um die durch den Rippenkeilnemen auf die Nabenanordnung aufgebrachten Drehbewegungen der Generatorriemenscheibe derart zu übertragen, daß die Läuferanordnung in die gleiche Richtung wie die Generatorriemenscheibe gedreht wird, während sie in der Lage ist, spontane, relativ erschütterungsfreie Drehbewegungen in jede Richtung bezüglich der Generatorriemenscheibe während deren angetriebener Drehbewegung auszuführen.
• Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Antriebssystems der beschriebenen Art, das einfach in der Bauweise, wirksam im Betrieb und wirtschaftlich herzustellen und zu erhalten ist.
• Diese und weitere Zwecke der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen deutlicher aufgezeigt.
• Die Erfindung kann am deutlichsten angesichts der beigefügten Zeichnung, in der eine Ausführungsform dargestellt ist, erläutert werden. Es zeigt:
• Fig. 1 eine Vorderansicht einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, das ein Rippenkeilantriebssystem aufweist, welches die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
• Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
• Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2; und
• Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 2.
• Mit Bezug auf die Zeichnung ist in Fig. 1 eine mit dem Bezugszeichen 10 versehene Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug aufgezeigt, die einen schematisch dargestellten Motorrahmen 12 und eine Ausgangswelle 14 enthält. An der Ausgangswelle 14 ist eine Antriebsriemenscheibe 16 befestigt, die ein Bestandteil des mit dem Bezugszeichen 18 versehenen Rippenkeilriemen-Antriebssystems darstellt. Das Antriebssystem 18 enthält einen endlosen Riemen 20. Der Riemen 20 ist von dünner, flexibler Gestalt, z.B. ein poly- V-Riemen. Der Riemen 20 ist über die Antriebsriemenscheibe 16 und eine Aufeinanderfolge von angetriebenen Riemenscheiben 22, 24, 26, 28 und 30 aufgezogen, von denen jede auf einer jeweiligen Welle 32, 34, 36, 38 und 40 befestigt ist. Abgesehen von der Riemenscheibe 22, die eine einfache Spannrolle ist, sind die Wellen angeordnet, um verschiedene Motoren- oder Fahrzeugaggregate zu betätigen. Die Welle 24 z.B. treibt eine Kühlmittelpumpe des Motors an, die Welle 36 einen elektrischen Generator, die Welle 38 eine elektromagnetische Kupplung eines Kompressors für ein Klimaanlagensystem des Kraftfahrzeugs und die Welle 40 eine Ölpumpe eines Servolenkungssystems.
• Es versteht sich, daß die Brennkraftmaschine 10 gemäß einer bekannten Bauweise ausgebildet sein kann. Entsprechend der herkömmlichen Praxis ist die Betriebsweise des Motors derart, daß Vibrationskräfte auf dem Motorrahmen 12 ausgeübt werden. Alle Nebenaggregate sind am Motorrahmen 12 derart befestigt, daß die Wellen um parallele Achsen rotieren, die am Motorrahmen 12 befestigt und parallel zur Ausgangswelle 16 angeordnet sind. Der Riemen 20 wird durch ein mit 42 bezeichnetes Riemen-Spannelement gespannt. Das Spannelement kann eine beliebige Bauweise aufweisen. Die bevorzugte Ausführungsform ist jedoch das Spannelement, das im erteilten US-Patent 4,473,362 aufgezeigt ist, wobei deren Offenbarung hiermit in die vorliegende Beschreibung einfließt. Wie gezeigt, enthält das Spannelement 42 eine Spannrolle 44, die im rollenden Eingriff mit der flachen Rückseite des Riemens 20 angeordnet ist, wobei die Rolle mit einer Feder vorgespannt ist, um eine allgemein gleichbleibende Spannung auf den Riemen 20 aufrecht zu halten.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die funktionelle Verbindung zwischen der mit dem Bezugszeichen 26 versehenen Riemenscheibe und der Welle 36 des Generators. Wie am deutlichsten aus Fig. 2 ersichtlich ist, enthält der Generator ein Gehäuse 46, in dem eine mit dem Bezugszeichen 48 versehene Läuferanordnung, z.B. durch ein Lager 50, gelagert ist. Wie dargestellt, bildet die Welle 36 ein Bestandteil der Läuferanordnung 48 aus und enthält einen Endabschnitt, der sich nach außerhalb des Gehäuses 46 erstreckt.
• Eine mit dem Bezugszeichen 52 versehene Nabenanordnung ist ortsfest an dem sich nach außen erstreckenden Ende der Welle 36 befestigt. Wie dargestellt, enthält die Nabenanordnung 52 einen Hülsenabschnitt 54, der sich über das Ende des Endabschnitts der Welle 36 erstreckt. Wie ferner dargestellt ist, ist der Endbereich der Welle 36 mit einem Gewinde versehen, das mit dem Bezugszeichen 56 angezeigt wird, und der Hülsenabschnitt 54 ist mit einem innenliegenden Gewinde 58 ausgebildet, das sich im Eingriff mit dem Gewinde auf dem Ende der Welle 36 befindet. Die Nabenanordnung enthält ferner einen Wandendabschnitt 60 auf dem Hülsenabschnitt 54, der mit einem Innen-Sechskant 62 zur Aufnahme eines Werkzeugs zum Aufschrauben des Hülsenabschnitts 54 auf das Wellengewinde 56 ausgebildet ist. Es ist ersichtlich, daß die Endfläche des Hülsenabschnitts 54, wenn dieser auf das Ende der Welle 36 aufgeschraubt ist, eine Seite des inneren Laufrings des Wälzlagers 50 gegen einen Flansch 64 auf der Welle 36 und die andere Seite des inneren Laufrings des Wälzlagers 50 mit den inneren Laufring des Wälzlagers 66, das auf der Welle 36 in aneinanderstoßender Weise mit dem Wälzlager 50 befestigt ist, spannt.
• Wie am deutlichsten aus Fig. 2 ersichtlich ist, enthält die Riemenscheibe 26 ein ringförmiges Riemenscheibenteil 68, das außen eine zentriert angeordnete poly-V-Oberfläche 70 für den abrollenden Eingriff der wirksamen poly-V-Seite des Rippenkeilriemens 20 aufweist. Das ringförmige Riemenscheibenteil 68 weist axiale Flansche 72 und 74 an seinen gegenüberliegenden Enden auf, wobei der Flansch 72 eine innenliegende, ringförmige Lagerfläche aufweist, die im Eingriff mit dem äußeren Laufring des Wälzlagers 66 angeordnet ist. Der gegenüberliegende Flansch 74 ist außen mit einer Nut versehen, um eine äußere ringförmige Wand 76 eines Abdeckteils 78, das ein Teil der Riemenscheibe 26 ausbildet, z.B. durch eine Preßpassung aufzunehmen. Das Abdeckteil 78 enthält eine radiale Wand 80, die sich vom Ende der äußeren Wand 76 nach innen erstreckt und eine innere Wand 82, die sich axial vom inneren Umfang der radialen Wand 80 erstreckt. Die innere Wand 82 weist eine innenliegende Lagerfläche auf, die im Eingriff mit einem äußeren Laufring eines Wälzlagers 84 ist, wobei dessen innerer Laufring in eine äußere Nut des Endwandabschnittes 60 der Nabenanordnung 52 eingefügt ist.
• Es ist ersichtlich, daß die Befestigung der Riemenscheiben 26 mit Bezug auf die Nabenanordnung 52 derart ist, daß ein ringförmiger Freiraum 86 zwischen der Riemenscheibe und der Nabenanordnung definiert wird. Entsprechend dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ist die Riemenscheibe 26 mit der Nabenanordnung 52 durch eine gewöhnliche wendelförmige Schraubenfeder 88 verbunden, welche innerhalb des Freiraums befestigt ist. Wie dargestellt, weist die Schraubenfeder 88 ein durch das Bezugszeichen 90 angezeigtes Ende auf, das radial nach außen gebogen ist und sich in eine Nut 92 erstreckt, die im Flansch 74 des ringförmigen Riemenscheibenteiles 68 ausgebildet ist. Das gegenüberliegende Ende der Schraubenfeder ist derart gebogen, daß es sich radial nach innen erstreckt, wie durch das Bezugszeichen 94 angezeigt ist, und wobei dieses Ende mit einer Nut 96 im Eingriff ist, die im zugeordneten Ende des Hülsenabschnitts 54 der Nabenanordnung 52 ausgebildet ist. Auf diese Weise ist die Riemenscheibe 26 über die Schraubenfeder 88 mit der Nabenanordnung 52 verbunden. Wann immer ein bestimmtes Drehmoment durch den Riemen 20 auf die Riemenscheibe 26 übertragen wird, wird die Rotationsbewegung der Riemenscheibe 26 auf die Nabenanordnung 52 aufgeübt und folglich über die Schraubenfeder 88 auf die gesamte Läuferanordnung 48 des Generators. Die Federkraft der Schraubenfeder 88 ermöglicht der Generatorläuferanordnung 48 unter diesen Umständen momentane bzw. spontane Rotationsbewegungen im Bezug auf die Riemenscheibe 56, so daß eine Anpassung an die hohen Massenträgheits-Charakteristiken der Generatorläuferanordnung 48 möglich ist. Wenn durch den Riemen 20 gegenläufige bzw. negative Drehmomente auf die Riemenscheibe 26 ausgeübt werden, ist eine Anpassung der momentanen Relativbewegung der Generatorläuferanordnung 48 bezüglich der Riemenscheibe 26 derart möglich, daß jede Tendenz zu einem Schlupf des Riemens 20 bezüglich der Riemenscheibe 26 aufgrund der Veränderung des Drehmoments am Riemen 20 und der hohen Massenträgheit der Generatorläuferanordnung 48 im allgemeinen aufgefangen werden kann, so daß der Schlupf des Riemens minimiert ist.
• Es versteht sich von selbst, daß die Charakteristik der Schraubenfeder 88 auf das jeweilige Antriebssystem und insbesondere auf die jeweilige Charakteristik des Motors des Antriebssystems abgestimmt wird. Die Stärke der Feder wird bestimmt durch den Durchmesser des Stahldrahts, der zur Ausbildung der Wendel verwendet wird. Die geeignete Einstellung wird durch die Federkonstante bestimmt, die eine Funktion der Anzahl der Windungen oder Spiralen ist, die zwischen den Federenden 90 und 94 enthalten sind.

Claims (11)

1. Riementrieb für ein motorisiertes Fahrzeug, mit

einer Antriebsanordnung mit einer Brennkraftmaschine, die eine Ausgangswelle mit einer darauf um eine Antriebsriemenscheibenachse drehbaren Antriebsriemenscheibe aufweist, mit einer Aufeinanderfolge von angetriebenen Aggregaten, von denen jedes eine angetriebene Riemenscheibe aufweist, welche um eine Achse parallel zur Achse der Antriebsriemenscheibe drehbar vorliegt, und mit einem Rippenkeilriemen, der im Wirkzusammenhang mit einer Aufeinanderfolge der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheiben, die der Aufeinanderfolge der angetriebenen Aggregate bezüglich der Bewegungsrichtung des Riemens entspricht, befestigt ist, um zu bewirken, daß die angetriebenen Riemenscheiben in Abhängigkeit von der Drehung der antreibenden Riemenscheibe rotieren,

wobei die Aufeinanderfolge von angetriebenen Aggregaten ein Generatoraggregat enthält, das ein Gehäuse und eine im Gehäuse zur Drehung um die Läuferachse befestigte Läuferanordnung aufweist,

einer Nabenanordnung, die außerhalb des Gehäuses von der Läuferanordnung ortsfest um die Läuferachse drehbar gehalten ist,

einer Einrichtung zum Befestigen der angetriebenen Generatorriemenscheibe des Generatoraggregats auf der Nabenanordnung, damit diese eine Drehbewegung um die Läuferachse bezüglich der Nabenanordnung ausführt, und

einer Schraubenfeder zwischen der Generatorriemenscheibe und der Nabenanordnung zum übertragen der durch den Rippenkeilriemen auf die Generatorriemenscheibe aufgebrachten Drehbewegungen auf die Nabenanordnung in der Art, daß die Läuferanordnung in die gleiche Richtung wie die Generatorriemenscheibe gedreht wird, während sie in der Lage ist, spontane, relativ erschütterungsfreie Drehbewegungen in entgegengesetzter Richtung bezüglich der Generatorriemenscheibe während deren angetriebener Drehbewegung auszuführen.

2. Riementrieb nach Anspruch 1, bei dem die Läuferanordnung eine Welle enthält, die einen Endabschnitt aufweist, der sich nach außerhalb des Gehäuses erstreckt und an der Nabenanordnung ortsfest ist, wobei der Rippenkeilriemen relativ dünn und flexibel ist und eine Wirkseite mit poly-V-querschnittsförmiger Konfiguration und eine gegenüberliegende flache Seite aufweist, und wobei die angetriebene Läuferanordnung in der Aufeinanderfolge nach einer automatischen Riemenspannelementanordnung angeordnet ist, die eine riemengetriebene Spannrolle enthält, welche eine glatte äußere Umfangsfläche aufweist, die im Wirkzusammenhang mit der flachen Seite des Rippenkeilriemens angeordnet ist.

3. Riementrieb nach Anspruch 2, bei dem die Schraubenfeder eine gewöhnliche schraubenförmige Wendel aus Federstahl mit gegenüberliegenden Enden aufweist, welche jeweils an der Generatorriemenscheibe und der Nabenanordnung ortsfest sind.

4. Riementrieb nach Anspruch 3, bei dem die Nabenanordnung einen Hülsenabschnitt aufweist, der auf den Endabschnitt der Läuferwelle aufgeschraubt ist und sich über diesen erstreckt, und ferner eine Nut aufweist, die in einem Ende davon ausgebildet ist, um ein radial nach innen gerichtetes Ende der Schraubenfeder ortsfest aufzunehmen.

5. Riementrieb nach Anspruch 4, bei dem die Generatorriemenscheibe ein ringförmiges Riemenscheibenteil enthält, das eine äußere poly-V-Oberfläche für den Eingriff durch die Wirkseite des Rippenkeilriemens und an einer Seite einen axialen Flansch aufweist, der mit einer innenliegenden, ringförmigen Lagerfläche versehen ist, wobei die Befestigungseinrichtung für die Generatorriemenscheibe ein Wälzlager enthält, das mit der innenliegenden ringförmigen Lagerfläche des axialen Flansches des ringförmigen Riemenscheibenteils in Eingriff ist.

6. Riementrieb nach Anspruch 5, bei dem das ringförmige Riemenscheibenteil an seinem gegenüberliegenden Ende einen sich axial erstreckenden, ringförmigen Flansch enthält, wobei der gegenüberliegende axiale Flansch eine darin ausgebildete Nut aufweist, um darin ein radial nach außen gerichtetes Ende der Schraubenfeder ortsfest aufzunehmen.

7. Riementrieb nach Anspruch 6, bei dem die Riemenscheibe ein ringförmiges Abdeckteil enthält, das über dem gegenüberliegenden, axialen ringförmigen Flansch befestigt ist und sich in umschließender Weise am benachbarten Ende der Schraubenfeder nach innen erstreckt.

8. Riementrieb nach Anspruch 7, bei dem die Befestigungseinrichtung für die Generatorriemenscheibe zwischen der Nabenanordnung und dem Abdeckteil ein Wälzlager enthält.

9. Riementrieb nach Anspruch 1, bei dem die Generatorriemenscheibe ein ringförmiges Riemenscheibenteil enthält, das an einem Ende einen sich axial erstreckenden, ringförmigen Flansch aufweist, wobei der axial ringförmige Flansch eine darin ausgebildete Nut enthält, und wobei die Schraubenfeder ein Ende aufweist, das sich radial nach außen in diese Nut erstreckt.

10. Riementrieb nach Anspruch 9, bei dem die Generatorriemenscheibe ferner ein ringförmiges Abdeckteil enthält, das über dem axialen ringförmigen Flansch befestigt ist und sich in umschließender Weise am benachbarten Ende der Schraubenfeder nach innen erstreckt.

11. Generatoraggregat für einen Riementrieb, der einen Rippenkeilriemen enthält, mit

einem Gehäuse,

einer Läuferanordnung, die im Gehäuse zur Drehung um die Läuferachse angeordnet ist,

einer Nabenanordnung, die außerhalb des Gehäuses durch die Läuferanordnung um die Läuferachse drehbar gehalten ist,

einer Generatorriemenscheibe, die auf der Nabenanordnung für eine Drehbewegung um die Läuferachse bezüglich der Nabenanordnung befestigt ist,

wobei die Riemenscheibe eine äußere Oberflächenkonfiguration aufweist, die geeignet ist, mit dem Rippenkeilriemen in Eingriff zu gelangen, so daß sie von diesem drehend angetrieben wird, und

einer Schraubenfeder zwischen der Generatorriemenscheibe und der Nabenanordnung zum übertragen der durch den Rippenkeilriemen auf die Generatorriemenscheibe aufgebrachten Drehbewegungen auf die Nabenanordnung in der Art, daß die Läuferanordnung in die gleiche Richtung wie die Generatorriemenscheibe gedreht wird, während sie in der Lage ist, spontane, relativ erschütterungs freie Drehbewegungen in entgegengesetzter Richtung bezüglich der Generatorriemenscheibe während deren angetriebener Drehbewegung auszuführen.