DE10027327B4

DE10027327B4 - Riemengetriebe

Info

Publication number: DE10027327B4
Application number: DE10027327A
Authority: DE
Inventors: Uwe Prof. Weltin; Ralf Dipl.-Ing. Buck
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2020-06-06
Also published as: DE10027327A1

Abstract

Riemengetriebe, umfassend einen Riementrieb (1) mit zumindest einer treibenden (2) und zumindest einer getriebenen Riemenscheibe (3), die durch zumindest einen gemeinsamen Riemen (4) verbunden sind, wobei der Riemen (4) ein gezogenes (5) und ein getriebenes Trum (6) aufweist, wobei die getriebene Riemenscheibe (3) mit einem Generator (7) zur Stromerzeugung gekoppelt ist, wobei der Generator (7) und eine elektrischer Verbraucher (8) elektrisch leitend verbunden sind und wobei als zusätzlicher Verbraucher zwischen dem Generator (7) und dem Verbraucher (8) zur aktiven Trumschwingungsreduktion ein schaltbarer Belastungswiderstand (9) angeordnet ist, der abhängig von den Trumschwingungen durch einen Prozessrechner (11) ansteuerbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Riemengetriebe, umfassend einen Riementrieb mit zumindest einer treibenden und zumindest einer getriebenen Riemenscheibe, die durch zumindest einen gemeinsamen Riemen verbunden sind.
Stand der Technik
Riemengetriebe sind allgemein bekannt und stellen ein kostengünstiges Leistungsübertragungselement dar. Riemengetriebe werden im Automobilbau, beispielsweise zum Antrieb von Nebenaggregaten verwendet. Durch die ständig steigenden Anforderungen an Riemengetriebe, beispielsweise dadurch, dass die treibende Riemenscheibe höhere Drehungleichförmigkeiten aufweist und/oder durch den deutlich gesteigerten Leistungsbedarf des an der getriebenen Riemenscheibe angeschlossenen Maschinenelements, entstehen vermehrt unerwünschte Trumschwingungen und Geräusche und die Lebensdauer des Riemens wird verkürzt.

Aus der DE 196 16 081 C1 ist ein Riemengetriebe bekannt, umfassend einen Riementrieb mit zumindest einer treibenden und zumindest einer getriebenen Riemenscheibe, die durch zumindest einen gemeinsamen Riemen verbunden sind, wobei der Riemen ein gezogenes und ein getriebenes Trum aufweist, und ein in engem Abstand zum Riementrum angeordnetes Leitblech, zur Beruhigung von Riementrumschwingungen.

Aus der FR 2 705 750 A1 ist ein Riemengetriebe bekannt, umfassend einen Riementrieb mit zumindest einer treibenden und zumindest einer getriebenen Riemenscheibe, die durch zumindest einen gemeinsamen Riemen verbunden sind, wobei der Riemen ein gezogenes und ein getriebenes Trum aufweist. Die Riemenspannung wird durch optoelektronische Messung der durch einen Luftstrahl angeregten Riemtrumschwingungen überwacht.

Aus der DE 691 21 922 T2 ist ein Riemengetriebe bekannt, umfassend einen Riementrieb mit zumindest einer treibenden und zumindest einer getriebenen Riemenscheibe, die durch zumindest einen gemeinsamen Riemen verbunden sind, wobei der Riemen ein gezogenes und ein getriebenes Trum aufweist, wobei die getriebene Riemenscheibe mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt ist und wobei der Generator und ein elektrischer Verbraucher elektrisch leitend verbunden sind. Als zusätzlicher Verbraucher zwischen dem Generator und dem Verbraucher ist zur aktiven Schwingungsreduktion des Verbrennungsmotors ein schaltbarer Belastungswiderstand angeordnet, der abhängig von Schwingungen des Verbrennungsmotors ansteuerbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Riemengetriebe der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass Trumschwingungen deutlich reduziert werden können, um die zuvor genannten Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Riemengetriebe vorgesehen, umfassend einen Riementrieb mit zumindest einer treibenden und zumindest einer getriebenen Riemenscheibe, die durch zumindest einen gemeinsamen Riemen verbunden sind, wobei der Riemen ein gezogenes und ein getriebenes Trum aufweist, wobei die getriebene Riemenscheibe mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt ist, wobei der Generator und ein elektrischer Verbraucher elektrisch leitend verbunden sind und wobei als zusätzlicher Verbraucher zwischen dem Generator und dem Verbraucher zur aktiven Trumschwingungsreduktion ein schaltbarer Belastungswiderstand angeordnet ist, der abhängig von den Trumschwingungen durch einen Prozessrechner ansteuerbar ist.

Bevorzugt ist der Belastungswiderstand dem Verbraucher in einer elektrischen Parallelschaltung zugeordnet.

Die getriebene Riemenscheibe und der Generator sind mechanisch aneinander gekoppelt, beispielsweise dadurch, dass die getriebene Riemenscheibe drehfest auf einer Welle des Generators angeordnet ist.

In einem Riemengetriebe können unterschiedliche Schwingungen festgestellt werden. Drehschwingbewegungen der treibenden Riemenscheibe rufen beispielsweise eine sich zeitlich ändernde Trumkraft hervor. Die freien Trumschwingungen lassen sich in Transversalschwingungen und Torsionsschwingungen des Riemens einteilen. Bei den Transversalschwingungen schwingt der Riemen quer zu seiner Laufrichtung. Bei den Torsionsschwingungen führt der Riemen eine torsionale Schwingbewegung um seine Ruhelage aus. Freie Trumschwingungen sind grundsätzlich unerwünscht, da sie zum Abspringen des Riemens von den Riemenscheiben führen können, die Lagerbelastungen steigern und unerwünschte Geräuschquellen darstellen.

Durch das erfindungsgemäße Riemengetriebe können die unerwünschten Trumschwingungen durch ein aktives, gezieltes Steuern der Trumkraft deutlich reduziert werden. Durch das Hinzuschalten oder Abschalten des Belastungswiderstandes zum Generator wird die Abtriebsleistung an der getriebenen Riemenscheibe erhöht oder reduziert und somit die Trumkraft zur Reduktion der Trumschwingungen verändert.

Zur Funktion wird folgendes ausgeführt:
Das Erkennen der Trumschwingungen wird durch eine geeignete Anordnung von zumindest einem Sensor realisiert. Hierdurch kann die Trumschwingfrequenz gemessen beziehungsweise berechnet werden. Der Reduktionsalgorhythmus für die Trumkraftsteuerung orientiert sich dabei an der Trumschwingfrequenz, wobei die Dauer für das Hinzu- oder Wegschalten des Belastungswiderstands von der Trumschwingfrequenz abhängig ist. Durch das Hinzu- oder Wegschalten des Belastungswiderstands zum Generator wird eine Trumkraftänderung bewirkt und die Abtriebsleistung steigt oder sinkt dadurch um einen konstanten Betrag. Bei Hinzuschalten des Belastungswiderstands erhöht sich die Trumkraft im gezogenen Lasttrum des Riemens und wird im getriebenen Leertrum des Riemens abgesenkt.

Die Ermittlung der aktuellen Trumschwingungen erfolgt beispielsweise über zwei lichtempfindliche Sensoren, die leicht außermittig der Ruhelage des Riemens montiert sind.

Hierdurch werden erst dann Schwingungsänderungen durch den Sensor registriert, wenn eine bestimmte Trumschwingungsamplitude vorhanden ist, also von einem Schwingungsresonanzfall ausgegegangen werden kann. Damit Trumschwingungen höherer Schwingungsordnungen ebenfalls registriert werden, erfolgt die Positionierung nicht auf Höhe der halben Trumlänge sondern im Bereich von einem Viertel bis zur Hälfte der Trumlänge. Dadurch ist zur Registrierung von Trumschwingungen ein Sensor je Trum notwendig.

So wird beispielsweise der Belastungswiderstand hinzugeschaltet, wenn Schwingungsänderungen mittels des Sensors festgestellt werden können. Wenn die Trumkraftänderung ausreichend war, klingen die Trumschwingungen ab, da dann kein Trumschwingungsresonanzfall mehr vorliegt. Die Trumkraftänderung wird wieder rückgängig gemacht, wenn beispielsweise über die Dauer von zwei oder mehreren Schwingungsperioden keine Veränderungen der Schwingungen mittels des Sensors und damit keine Trumschwingungen mit großen Amplituden festgestellt werden können.

Der Prozessrechner kann zur Erzeugung eines Stellalgorhythmus zumindest ein Eingangssignal als Kennwert für die Trumschwingung und zumindest ein Ausgangssignal zur Ansteuerung des Belastungswiderstandes aufweisen und zumindest ein Kennfeld für einen Soll-/Ist-Vergleich des Eingangssignals.

Die Eingangssignale können von zumindest einem Schwingungsdetektor generiert werden und zumindest durch Schwingungsamplituden des gezogenen und/oder des getriebenen Trums und/oder der Drehzahl des Riemens gebildet sein.

Der Schwingungsdetektor kann durch lichtempfindliche Sensoren, beispielsweise in Form von Lichtschranken gebildet sein. Die Verwendung von Lichtschranken ist von Vorteil, da solche Bauteile einfach und kostengünstig verfügbar sind und gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer aufweisen.

Bevorzugt ist der Belastungswiderstand erst bei Überschreitung eines Schwellwerts der Schwingungsamplitude des gezogenen und/oder getriebenen Trums dem Verbraucher parallel zuschaltbar. Dabei ist von Vorteil, dass nur Trumschwingungen kompensiert werden, die in Frequenz und/oder Amplitude unerwünscht sind. Kleine, nicht störende Schwingungen sind von der aktiven Trumschwingungskompensation nicht betroffen.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Riemengetriebes wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Riemengetriebes gezeigt.
Ausführung der Erfindung
Das Riemengetriebe besteht aus einem Riementrieb 1 mit einer treibenden 2 und einer getriebenen Riemenscheibe 3. Der Pfeil 15 symbolisiert die Drehrichtung und Drehzahl der treibenden Riemenscheibe 2. Der Riemen 4, der die treibende Riemenscheibe 2 und die getriebene Riemenscheibe 3 miteinander verbindet, hat ein gezogenes Trum 5 und ein getriebenes Trum 6, wobei die Trumschwingungen des gezogenen Trums 5 und des getriebenen Trums 6 durch als Lichtschranken ausgebildete Schwingungsdetektoren 14 zu ermitteln sind. Die getriebene Riemenscheibe 3, die mit dem Generator 7 mechanisch verbunden, beispielsweise drehfest auf der Generatorwelle angeordnet ist, weist in diesem Ausführungsbeispiel einen kleineren Durchmesser auf als die treibende Riemenscheibe 2. Der Generator 7 ist zur Stromerzeugung vorgesehen, wobei der elektrische Verbraucher 8 beispielsweise durch ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine elektrische Servolenkung ausgebildet ist. Zwischen dem Generator 7 und dem Verbraucher 8 ist ein Belastungswiderstand 9 in einer elektrischen Parallelschaltung 10 angeordnet, wobei der Belastungswiderstand 9 in Abhängigkeit von den Schwingungen des gezogenen 5 und des getriebenen Trums 6 bedarfsweise schaltbar ist. Die Ansteuerung des Belastungswiderstands 9 erfolgt durch den Prozessrechner 11, der in diesem Ausführungsbeispiel drei Eingangssignale 12 und ein Ausgangssignal 13 aufweist. Die Eingangssignale 12 sind durch die Drehzahl 15 der treibenden Riemenscheibe 2 und die Signale der beiden Schwingungsdetektoren 14 gebildet. Das Ausgangssignal 13 ist zur Hinzu- oder Wegschaltung des Belastungswiderstands 9 vorgesehen.
Der Reduktionsalgorhythmus im Prozessrechner 11 für die Trumkraftsteuerung orientiert sich dabei an der Trumschwingfrequenz, wobei die Dauer für das Hinzu- oder Wegschalten des Belastungswiderstands 9 von der Trumschwingfrequenz abhängig ist. Durch das Hinzu- oder Wegschalten des Belastungswiderstands 9 zum Generator 7 wird eine Trumkraftänderung bewirkt und die Abtriebsleistung steigt oder sinkt dadurch um einen konstanten Betrag. Bei Hinzuschalten des Belastungswiderstand 9 erhöht sich die Trumkraft im gezogenen Lasttrum 5 des Riemens 4 und wird im getriebenen Leertrum 6 des Riemens 4 abgesenkt.
Die Ermittlung der aktuellen Trumschwingungen erfolgt beispielsweise über zwei lichtempfindliche Sensoren 14, leicht außermittig der Ruhelage des Riemens montiert sind. Sowohl die Schwingungen des gezogenen Trums 5 als auch die Schwingungen des getriebenen Trums 6 können dadurch ermittelt werden.
Der Stellalgorhythmus für das Hinzu- oder Wegschalten des Belastungswiderstandes 9, das eine Änderung der Trumkraft bewirkt, ist abhängig von den Trumschwingfrequenzen. So wird beispielsweise der Belastungswiderstand 9 hinzugeschaltet, wenn sich die Schwingungsfrequenz des Riemens unerwünscht verändert. Die Frequenz und/oder die Änderung der Frequenz wird dabei vom Prozessrechner 11 berechnet. Wenn die Trumkraftänderung ausreichend war, klingen die Trumschwingungen ab und die Differenz zwischen Soll- und Ist-Wert der Frequenz und/oder der Amplitude liegt unter einem bestimmten Schwellwert. Die Trumkraftänderung wird wieder rückgängig gemacht, wenn der Schwellwert des Soll-/Ist-Wert-Vergleichs der Trumschwingungen beispielsweise über die Dauer von 2 oder mehreren Schwingperioden unterschritten bleibt.

Claims

Riemengetriebe, umfassend einen Riementrieb (1) mit zumindest einer treibenden (2) und zumindest einer getriebenen Riemenscheibe (3), die durch zumindest einen gemeinsamen Riemen (4) verbunden sind, wobei der Riemen (4) ein gezogenes (5) und ein getriebenes Trum (6) aufweist, wobei die getriebene Riemenscheibe (3) mit einem Generator (7) zur Stromerzeugung gekoppelt ist, wobei der Generator (7) und eine elektrischer Verbraucher (8) elektrisch leitend verbunden sind und wobei als zusätzlicher Verbraucher zwischen dem Generator (7) und dem Verbraucher (8) zur aktiven Trumschwingungsreduktion ein schaltbarer Belastungswiderstand (9) angeordnet ist, der abhängig von den Trumschwingungen durch einen Prozessrechner (11) ansteuerbar ist.
Riemengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungswiderstand (9) dem Verbraucher (8) in einer elektrischen Parallelschaltung (10) zugeordnet ist.
Riemengetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessrechner (11) zur Erzeugung eines Stellalgorythmus zumindest ein Eingangssignal (12) als Kennwert und zumindest ein Ausgangssignal (13) zur Ansteuerung des Belastungswiderstands (9) aufweist.
Riemengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessrechner für einen Soll-/Ist-Vergleich der Schwingungen des Riemens (4) zumindest ein Kennfeld aufweist.
Riemengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangssignale (12) von zumindest einem Schwingungsdetektor (14) generiert werden und zumindest durch Schwingungsamplituden des gezogenen (5) und/oder des getriebenen Trums (6) gebildet sind und/oder durch die Drehzahl des Riemens (4).
Riemengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdetektor (14) durch zumindest eine Lichtschranke gebildet ist.
Riemengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungswiderstand (9) erst bei Überschreitung eines Schwellwerts der Schwingungsamplitude des gezogenen (5) und/oder getriebenen Trums (6) dem Verbraucher (8) in einer elektrischen Parallelschaltung (10) zuschaltbar ist.