DE102004008683A1

DE102004008683A1 - Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004008683A1
Application number: DE200410008683
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Schenk; Martin Dipl.-Ing. Assel
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-02-21
Filing date: 2004-02-21
Publication date: 2005-09-08
Also published as: WO2005080770A2; WO2005080770A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zugmitteltrieb (1), der in einem geschlossenen Einbauraum (6) einer Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist. Eine zugehörige Spannvorrichtung (10) umfasst eine Spannschiene (9), die mittels eines Kraftmittels (12) um eine Drehachse (11) schwenkbar ist, wobei das Zugmittel (3) über zwei Führungsrollen (13a, 13b) der Spannschiene (9) geführt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb für eine Brennkraftmaschine, wobei das Zugmittel, ein Endlosriemen, ein Abtriebsrad und zumindest ein Antriebsrad verbindet. Als Abtriebsrad ist dazu insbesondere ein mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung stehendes Riemenrad vorgesehen. In Verbindung mit dem Zugmitteltrieb erfolgt der Antrieb des mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Antriebsrades, das der Nockenwelle endseitig zugeordnet ist.

Hintergrund der Erfindung

Aus der DE 34 34 428 A1 ist ein als Steuerungsantrieb bezeichneter Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der zum Antrieb der Nockenwelle ein in einem Ölbad umlaufender Zahnriemen vorgesehen ist. Der bekannte Zugmitteltrieb schließt Antriebsräder ein, die räumlich eng dem Abtriebsrad zugeordnet sind, ohne eine Spannvorrichtung für das Zugmittel.

Das Patent US 6,000,373 zeigt einen weiteren Steuertrieb für eine Brennkraftmaschine, bei dem das Zugmittel das mit der Kurbelwelle verbundene Abtriebs rad mit einem der Nockenwelle zugeordneten Antriebsrad verbindet. Dieser Steuertrieb schließt weiterhin den Antrieb einer in einem Ölbad eingetauchten Schmierölpumpe ein, wobei deren Antriebsrad kraftschlüssig oder formschlüssig mit dem Zugmittel im Bereich des Abtriebsrades verbunden ist. Beispielsweise greift das außenverzahnte Antriebsrad der Ölpumpe dabei in eine Außenverzahnung des beidseitig verzahnten Zahnriemens. Damit ist das Zugmittel zumindest im Betriebszustand der Brennkraftmaschine stets mit Öl beaufschlagt. Der Zugmitteltrieb schließt keine separate, die Vorspannung des Zugmittels beeinflussende Spannvorrichtung ein.

Zusammenfassung der Erfindung

Die bekannten Zugmitteltriebe für Brennkraftmaschinen beachtend, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für derartige Zugmitteltriebe eine Spannvorrichtung zu realisieren, um eine Vorspannung des Zugmittel zu beeinflussen, das einem Ölbad oder einem Ölnebel ausgesetzt ist.

Diese Problemstellung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Als Spannvorrichtung ist gemäß der Erfindung eine Spannschiene vorgesehen, die um eine Drehachse schwenkbar und von einem Kraftmittel beaufschlagt ist. Der Aufbau der Spannschiene umfasst weiterhin zumindest eine drehbar gelagerte Führungsrolle, über die sich die Spannschiene an dem Zugmittel abstützt. Diese erfindungsgemäße Spannvorrichtung bevorzugt geeignet für die Kombination mit einem Zugmittelantrieb, der in einem gekapselten bzw. geschlossenen separaten Einbauraum der Brennkraftmaschine angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung, deren Spannschiene zumindest eine drehbar gelagerte Führungsrolle einschließt, reduziert vorteilhaft die Reibung, verbunden mit einem Verbrauchsvorteil der Brennkraftmaschine. Weiterhin begünstigt diese Spannvorrichtung das Verschleißverhalten des Zugmittels und verringert das Laufgeräusch des Zugmitteltriebs. In vorteilhafter Weise ermöglicht der erfindungsgemäße Zugmitteltrieb in Verbindung mit der Spannvorrichtung einen Austausch des Zugmittels. Damit kann von dem Fahrzeughersteller oder dem Kunden bei Bedarf das als Kette eingesetzte Zugmittel durch einen Endlosriemen ersetzt werden. Aufgrund der in dem Einbauraum vor Umwelteinflüssen geschützten Einbaulage erreicht der Endlosriemen eine der Kette entsprechende Lebensdauer, wobei sich für den wartungsfreien Riementrieb vorteilhaft ein geringeres Geräuschniveau sowie ein Kostenvorteil einstellt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 16.

Ein bevorzugter Aufbau der Spannschiene sieht vor, diese endseitig mit einem eine Drehachse einschließenden Drehlager zu versehen. Weiterhin ist der Spannschiene ein Kraftmittel zugeordnet, das beabstandet zu der Drehachse mit der Spannschiene zusammenwirkt. Zur Erzielung eines kleindimensionierten Kraftmittels bietet es sich an, dieses in einem maximalen Abstand zu dem Drehlager der Spannschiene zu platzieren, wodurch mit einer relativ geringen Stellkraft in Verbindung mit einem relativ langen Hebelarm eine hohe Verstellmoment erzielbar ist.

Eine bevorzugte Weiterentwicklung der Spannschiene sieht vor, diese mit zwei weit beabstandeten Führungsrollen zu versehen. Damit ist beispielsweise der Umschlingungswinkel des Zugmittels an dem Abtriebsrad und/oder dem Antriebsrad beeinflussbar. Bei Bedarf schließt die Erfindung weiterhin ein, die Spannschiene mit mehr als zwei Führungsrollen zu versehen, beispielsweise für eine sichelartig gestaltete Spannschiene, um beispielsweise eine gezielte von der Motorkontur bestimmte Zugmittelführung zu realisieren.

Eine zusätzliche Maßnahme um die Geräuschentwicklung des Zugmitteltriebs zu verbessern, schließt die Erfindung eine wälzgelagerte Führungsrolle bzw. Führungsrollen ein, die mit einer Laufrolle aus Kunststoff umschlossen sind. Als eine geeignete Bauform der Führungsrolle eignet sich dazu eine beispielsweise ein kunststoffummantelter äußerer Lagerring des Wälzlagers.

Die Spannschiene umfasst als Basisteil einen einstückig ausgebildeten Blechkörper mit einem weitestgehend U-förmigen Aufbau. Eine solche Spannschiene umfasst bevorzugt zwei axial beabstandete, durch Verbindungsstege fixierte als Flachprofile zu bezeichnende Wangen. Der Blechkörper dient weiterhin zur Aufnahme von Lagerbolzen, auf denen die Führungsrollen drehbar angeordnet sind. Außerdem ist das Basisteil der Spannschiene mit einer Vorrichtung bzw. einer Auflage versehen, an der sich das Kraftmittel abstützt. Bevorzugt übernimmt ein Verbindungssteg eine Doppelfunktion, d.h. ergänzend zu einer Verbindung beider Flachprofile der Spannschiene ist an dem Verbindungssteg gleichzeitig das Kraftmittel angelenkt. Außerdem weisen beide Flachprofile der Spannschiene eine Bohrung für die Drehachse auf, zur Bildung eines Drehlagers, beispielsweise mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung schließt die Erfindung alternativ zu einem Blechkörper eine als Kunststoff-Spritzgussteil gestaltete Spannschiene ein. Zur Erzielung einer hohen Festigkeit bzw. Steifigkeit wird dazu ein geeigneter hochfester Kunststoff eingesetzt, beispielsweise Kevlar oder ein mit Glasfasern armierter Kunststoff, vorzugsweise PA-66.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung steht bevorzugt mit einem hydraulisch wirkenden Kraftmittel in Wirkverbindung. Das Kraftmittel umfasst ein ortsfest, insbesondere an der Brennkraftmaschine lösbar befestigtes Gehäuse, in dem ein von einem Federmittel und von einem Hydraulikfluid beaufschlagter Kolben verschiebbar ist, der mittelbar oder unmittelbar mit der Spannschiene zusammenwirkt. Als geeignetes Hydraulikfluid zur Beaufschlagung des Kolbens des Kraftmittels eignet sich bevorzugt die Drucköl-Umlaufschmierung der Brennkraftmaschine. Der vorhandene Druck der Umlaufschmierung ist für das hydraulische Kraftmittel ausreichend, zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels.

Bei einer möglichen Weiterentwicklung der Erfindung kann als Kraftmittel eine Feder eingesetzt werden, zum Beispiel eine Schraubenfeder, die einerseits ortsfest, beispielsweise an der Brennkraftmaschine abgestützt ist und deren weiteres Ende an der erfindungsgemäßen Spannschiene befestigt ist.

Die Spannvorrichtung gemäß der Erfindung ist weiterhin kombinierbar mit einem elektrisch ansteuerbaren Aktuator. Für ein derartiges Kraftmittel eignet sich bevorzugt ein von einem elektrischen Stellmotor betätigter Kugelgewindetrieb, wobei die Ansteuerung des Stellmotors mit einer Regel- oder Steuereinheit zusammenwirkt. Ein solches Kraftmittel ermöglicht eine in Abhängigkeit von Betriebsparametern oder definierbaren Betriebszyklen abhängige variable Vorspannung des Zugmittels.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist für Zugmitteltriebe einsetzbar, deren Zugmittel teilweise in einem Ölbad umläuft, oder von einem Ölnebel wird. Als Maßnahme die Reibung des Zugmittels im Bereich der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung zu optimieren, ist die Spannschiene mit Öffnungen versehen. Diese ermöglichen beispielsweise eine verbesserte Zirkulation des Ölnebels im Bereich der Führungsrolle, was den Wälzkontakt und die damit verbundene Kontaktreibung zwischen dem Zugmittel und der Führungsrolle verringert.

Bevorzugt ist die Spannvorrichtung in Steuertrieben von Brennkraftmaschinen einsetzbar, die zum Antrieb einer oder mehrerer Nockenwellen bestimmt sind. Alternativ eignet sich die Spannvorrichtung gemäß der Erfindung für einen sogenannten Aggregatetrieb. Dieser Zugmitteltrieb ist zum Antreib unterschiedlicher Aggregate der Brennkraftmaschine wie, beispielsweise Wasserpumpe, Lenkhilfspumpe, Generator oder Klimakompressor vorgesehen.

Für den Zugmitteltrieb schließt die Erfindung ein aus einem ölresistenten Werkstoff hergestelltes Zugmittel ein, wozu sich beispielsweise eine elastomere Materialmasse oder Polyurethan eignet.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist insbesondere für Zugmitteltriebe bestimmt, die in einem der Brennkraftmaschine stirnseitig vorgelagerten, abgedichteten Einbauraum angeordnet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel in mehreren Zeichnungen darstellen. Es zeigen:
1 einen Zugmitteltrieb einschließlich der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung im eingebauten Zustand;
2 in einer Einzeldarstellung den erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb gemäß 1;
3 eine Spannschiene der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung als Einzelteil in einer Perspektive;
4 in einer weiteren Perspektive die Spannschiene der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung;
5 einen Ausschnitt eines Zugmitteltriebs in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, die einen Aktuator umfasst.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt einen Zugmitteltrieb 1 im eingebauten Zustand als Bestandteil einer Brennkraftmaschine 2. Ein als Endlosriemen ausgebildetes Zugmittel 3 verbindet dabei ein Abtriebsrad 4, d.h. ein unmittelbar mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 verbundenes Riemenrad, mit zwei Antriebsrädern 5a, 5b, die jeweils einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine 2 zugeordnet sind. Der auch als Steuertrieb zu bezeichnende Zugmitteltrieb 1 ist in einem geschlossenen Einbauraum 6 stirnseitig der Brennkraftmaschine 2 angeordnet. Der vorteilhaft durch Öffnungen 7, 8 mit einem Kurbelraum der Brennkraftmaschine 2 verbundene Einbauraum 6 gewährleistet einen Übertritt von Ölnebel bzw. unmittelbar von dem Schmieröl der Brennkraftmaschine 2 in den Einbauraum 3.
Dem Zugmitteltrieb 1 ist eine Spannvorrichtung 10 zugeordnet, die eine um eine Drehachse 11 schwenkbare Spannschiene 9 umfasst. An dem von der Drehachse 11 entfernten Ende ist die Spannschiene 9 an einem Kraftmittel 12 abgestützt von dem aus die Spannschiene 9 einen im Uhrzeigersinn wirkenden stetigen Kraftimpuls erhält, zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels 3. Die Spannvorrichtung 10 ist dem Leertrum des im Uhrzeigersinn umlaufenden Zugmitteltriebs 1 zugeordnet.
Die 2 zeigt den Zugmitteltrieb 1 in Verbindung mit allen zugehörigen Komponenten, ohne die in 1 ausschnittsweise abgebildete Brennkraftmaschine 2. Die Spannvorrichtung 10 ist zwischen der Drehachse 11 und dem Angriffspunkt des Kraftmittels 12 mit zwei beabstandet angeordnete Führungsrollen 13a, 13b versehen, an denen das Zugmittel 3 geführt ist. Das Zugtrum des Zugmittel 3 ist zwischen dem Antriebsrad 5b und dem Abtriebsrad 4 an einer Umlenkrolle 14 geführt, die beispielsweise eine durch die Bauform des Einbauraums 6 vorgegebene Führung des Zugmittels 3 sicherstellt und außerdem den Umschlingungswinkel des Zugmittels 3 an dem Abtriebsrad 4 und dem Antriebsrad 5b beeinflusst. Durch das zumindest von einem Ölnebel benetzte Zugmittel 3 ergibt sich ein gewünschter reibungsmindernder Kontakt an den Führungsrollen 13a, 13b und der Umlenkrolle 14, wodurch sich vorteilhaft der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 2, der Verschleiß des Zugmittels 3 und sich außerdem die Geräuschentwicklung des Zugmitteltriebs 1 reduziert.
Als Kraftmittel 12 ist ein hydraulisches Stellglied vorgesehen, das bevorzugt von dem Druck der Öl-Umlaufschmierung der Brennkraftmaschine 2 beaufschlagt, die Spannschiene 9 in Pfeilrichtung, d. h. von der Drehachse 11 ausgehend, im Uhrzeigersinn an das Zugmittel 3 schwenkt. Das Kraftmittel 12 beinhaltet weiterhin eine Druckfeder, die unabhängig von dem anstehenden Schmieröldruck stets eine kraftschlüssige Abstützung der Spannschiene 9 an dem Zugmittel 3 sicherstellt.
Die 3 und 4 zeigen die Spannschiene 9 als Einzelteil jeweils in einer Perspektive. Der Aufbau der Spannschiene 9 umfasst zwei axial zueinander beabstandete Flachprofile 15a, 15b, die durch Verbindungsstege 16a, 16b endseitig verbunden sind. Damit stellt sich zumindest bereichsweise eine U-förmige Spannschiene 9 ein, die bevorzugt als Blechkörper ausgebildet ist, bei der die Verbindungsstege 16a, 16b mit den Flachprofilen 15a, 15b verschweißt werden. Alternativ zu einer Schweißkonstruktion bietet es sich an, die Spannschiene 9 als ein Spritzgussteil auszubilden, wodurch sich insbesondere bei großen Stückzahlen ein Kostenvorteil einstellt. Dazu wird ein geeigneter hochfester Kunststoff eingesetzt, beispielsweise ein durch Glasfasern verstärkter Kunststoff wie PA-66 oder Kevlar. Die zwischen den Flachprofilen 15a, 15b angeordneten, für das Zugmittel bestimmten Führungsrollen 13a, 13b sind auf zugeordneten Lagerbolzen 17a, 17b drehbar gelagert. Bevorzugt weisen beide Führungsrollen 13a, 13b eine Kunststoffummantelung auf, ausgebildet als Laufrolle 18a, 18b. Die auch als Wangen der Spannschiene 9 zu bezeichnenden Flachprofile 15a, 15b sind weiterhin mit Öffnungen 19a, 19b versehen, die eine verbesserte Öl- bzw. Ölnebelzirkulation bewirken. Der Verbindungssteg 16a ist außerdem so gestaltet, dass dieser eine Abstützfläche für das Kraftmittel 12 bildet.
Die 5 zeigt die Spannvorrichtung 20, deren Spannschiene mit einem elektrisch ansteuerbaren Kraftmittel 22 zusammenwirkt. Dieses als Aktuator zu bezeichnende Kraftmittel 22 ist als ein Kugelgewindetrieb ausgebildet, der mittels eines Stellmotors 21 verstellbar ist.

1: Zugmitteltrieb
2: Brennkraftmaschine
3: Zugmittel
4: Abtriebsrad
5a: Antriebsrad
5b: Antriebsrad
6: Einbauraum
7: Öffnung
8: Öffnung
9: Spannschiene
10: Spannvorrichtung
11: Drehachse
12: Kraftmittel
13a: Führungsrolle
13b: Führungsrolle
14: Umlenkrolle
15a: Flachprofil
15b: Flachprofil
16a: Verbindungssteg
16b: Verbindungssteg
17a: Lagerbolzen
17b: Lagerbolzen
18a: Laufrolle
18b: Laufrolle
19a: Öffnung
19b: Öffnung
20: Spannvorrichtung
21: Stellmotor
22: Kraftmittel

Claims

Zugmitteltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Zugmittel (3), das ein einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (2) zugeordnetes Abtriebsrad (4) und zumindest ein Antriebsrad (5a, 5b) verbindet, wobei das Zugmittel (3), insbesondere ein Endlosriemen, zumindest einem Ölnebel ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der in einem geschlossenen Einbauraum (6) angeordnete Zugmitteltrieb (1) eine das Zugmittel (3) vorspannende Spannvorrichtung (10, 20) umfasst, die eine um eine Drehachse (11) schwenkbare, mit einem Kraftmittel (12, 22) zusammenwirkende Spannschiene (9) einschließt, die mittels zumindest einer drehbar gelagerten Führungsrolle (13a, 13b) an dem Zugmittel (3) abstützt ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei die Spannschiene (9) über ein endseitig vorgesehenes, eine Drehachse (11) aufweisendes Drehlager schwenkbar ist und das Kraftmittel (12, 22) zu der Drehachse (11) beabstandet mit der Spannschiene (9) zusammenwirkt.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei die Spannschiene (9) zwei zueinander beabstandete, an den Endbereichen der Spannschiene (9) positionierte Führungsrollen (13a, 13b) einschließt.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, deren drehbar gelagerte Führungsrollen (13a, 13b) jeweils von einer Laufrolle (18a, 18b) ummantelt sind.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, die eine einstückig aufgebaute, als Blechkörper ausgebildete, weitestgehend U-förmige Spannschiene (9) einschließt.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei die Spannschiene (9) zwei axial beabstandete, durch Verbindungsstege (16a, 16b) fixierte Flachprofile (15a, 15b) aufweist, zwischen denen die Führungsrollen (13a, 13b) auf Lagerbolzen (17a, 17b) drehbar angeordnet sind.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, mit einer als ein Kunststoff-Spritzgussteil gestalteten Spannschiene (9).
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, deren Spannvorrichtung (10) ein hydraulisch wirkendes Kraftmittel (12) einschließt, umfassend ein Gehäuse, in dem ein von einem Federmittel und von einem Hydraulikfluid beaufschlagter Kolben verschiebbar ist, wobei der Kolben mittelbar oder unmittelbar mit der Spannschiene (9) zusammenwirkt.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei der Spannschiene (9) als Kraftmittel eine Schraubenfeder zugeordnet ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, der als Kraftmittel (22) einen elektrisch ansteuerbaren, mit der Spannschiene (9) zusammenwirkenden Aktuator umfasst.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, der in einem bevorzugt gekapselten, teilweise mit Öl befüllten Einbauraum (6) der Brennkraftmaschine (2) abngeordnet ist, wobei das Zugmittel (3) zumindest bereichsweise in ein Ölbad eintaucht.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, deren Spannschiene (9) bevorzugt im Bereich der Führungsrollen (13a, 13b) mit Öffnungen (19a, 19b) versehen ist, die eine Zirkulation des Ölnebels sicherstellen.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, der als ein Steuertrieb der Brennkraftmaschine (2) zum Antrieb von zumindest einer Nockenwelle bestimmt ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, der zum Antrieb einzelner Aggregate der Brennkraftmaschine (2), wie beispielsweise Generator, Wasserpumpe, Lenkhilfspumpe oder Klimakompressor vorgesehen ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, mit einem Zugmittel (3), das aus einem ölresistenten Werkstoff, insbesondere einer elastomeren Materialmasse oder aus Polyurethan hergestellt ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, der in einem der Brennkraftmaschine (2) stirnseitig vorgelagerten Einbauraum (6) angeordnet ist.