DE102004040579A1

DE102004040579A1 - Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102004040579A1
Application number: DE200410040579
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Hartmann
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-08-21
Filing date: 2004-08-21
Publication date: 2006-02-23
Also published as: WO2006021279A1

Abstract

Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, mit einem Umschlingungsmittel, einer auf das Umschlingungsmittel einwirkenden Spannvorrichtung, wenigstens einem antreibenden Rad und wenigstens einem angetriebenen Rad, von denen wenigstens eines unrund ausgebildet und/oder exzentrisch gelagert ist, wobei die Spannvorrichtung als Rastspanner (7, 21) mit einem am Motor befestigten Teil (8) und einem demgegenüber bewegbaren Teil (9) ausgebildet ist, die miteinander verrastet sind, wobei das bewegbare Teil (9) bei nachlassender Spannung des Umschlingungsmittels unter dem Einfluss eines Federelements zum Umschlingungsmittel hin bewegt wird und eine Bewegung in umgekehrter Richtung gesperrt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, mit einem Umschlingungsmittel, einer auf das Umschlingungsmittel einwirkenden Spannvorrichtung, wenigstens einem antreibenden Rad und wenigstens einem angetriebenen Rad, von denen wenigstens eines unrund ausgebildet und/oder exzentrisch gelagert ist.
Hintergrund der Erfindung
Steuerungsantriebe von Verbrennungsmotoren weisen üblicherweise ein Kurbelwellen-Antriebsrad, ein, zwei oder mehrere Nockenwellen-Antriebsräder und ein vorzugsweise als Kette oder Riemen ausgebildetes Umschlingungsmittel auf. Daneben oder alternativ können weitere über Räder angetriebene Zugmitteltriebkomponenten vorhanden sein, die Aggregate wie eine Wasserpumpe, einen Generator, einen Klimakompressor usw. umfassen. Zugmitteltriebe sind aufgrund von Drehmomentschwankungen oder Winkelgeschwindigkeitsänderungen Schwingungsanregungen unterworfen, die in Resonanzbereichen zu hörbaren Geräuschen führen können. Damit sind erhöhte Reibungskräfte verbunden, die die Lebensdauer des Umschlingungstriebs sowie den Wirkungsgrad beeinträchtigen können.

In der DE 195 20 508 A1 ist bereits vorgeschlagen worden, ein Mittel vorzusehen, das dem Umschlingungstrieb eine zusätzliche Ungleichförmigkeit aufprägt. Diese Ungleichförmigkeit kann durch ein unrund ausgebildetes und/oder exzentrisch gelagertes Rad erzeugt werden. Diese künstlich erzeugten Ungleichförmigkeiten sollen den Schwingungsänderungen entgegenwirken, die durch Verbrennungsvorgänge und Ventilbewegungen entstehen. Die erforderliche Riemenvorspannung soll mit einem Riemenspanner mit einem Spannrad erzeugt werden. Herkömmliche Riemenspanner, insbesondere hydraulische Spannelemente, sind jedoch vergleichsweise teuer, so dass derartige Umschlingungstriebe sich bisher in der Praxis nicht durchsetzen konnten.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Zugmitteltrieb anzugeben, der kostengünstiger herstellbar ist und eine lange Lebensdauer gewährleistet.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Zugmitteltrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spannvorrichtung als Rastspanner mit einem am Motor befestigten Teil und einem demgegenüber bewegbaren Teil ausgebildet ist, die miteinander verrastet sind, wobei das bewegbare Teil bei nachlassender Spannung des Umschlingungsmittels unter dem Einfluss eines Federelements zum Umschlingungsmittel hin bewegt wird und eine Bewegung in umgekehrter Richtung gesperrt ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass anstelle eines hydraulischen Spannsystems ein einfach aufgebauter und kostengünstiger Rastspanner verwendet werden kann, der in den Zugmitteltrieb integriert ist. Der erfindungsgemäße Zugmitteltrieb umfasst wenigstens ein unrund ausgebildetes und/oder exzentrisch gelagertes Rad, daneben wird ein Rastspanner verwendet, um während der gesamten Lebensdauer des Zugmitteltriebs eine näherungsweise konstante Spannung des Umschlingungsmittels sicherzustellen. Das Umschlingungsmittel ist vorzugsweise als Steuerkette oder Steuerriemen ausgebildet.

Diese Umschlingungsmittel neigen dazu, sich mit fortschreitender Nutzung zu verlängern, wodurch eine Reihe von Problemen entsteht, unter anderem ist bei einem verlängerten Umschlingungsmittel die sichere Führung auf den Rädern oder Riemenscheiben nicht mehr gewährleistet. Zudem nimmt die Lebensdauer des Umschlingungsmittels ab, wenn es nicht mit der vorgesehenen Spannung betrieben wird. Während des Betriebs liegt das bewegbare Teil des Rastspanners, an dem vorzugsweise ein Rad als Spannrolle angeordnet ist, an dem Umschlingungsmittel an, so dass ein Kräftegleichgewicht zwischen der Kraft des Federelements, das das bewegbare Teil gegen das Umschlingungsmittel drückt, und der Reaktionskraft an dem Umschlingungsmittel herrscht. Wenn die Spannung in dem Umschlingungsmittel nachlässt, ist die Kraft des Federelements größer als die entgegengesetzte, vom Umschlingungsmittel auf das bewegbare Teil ausgeübte Kraft, so dass das bewegbare Teil zum Umschlingungsmittel hin bewegt wird. Dadurch wird das Rad, das mit dem bewegbaren Teil verbunden ist, sowie ein gegebenenfalls mit dem Rad gekoppeltes Aggregat in den Zugmitteltrieb gedrückt. Grundsätzlich spielt es keine Rolle, ob der Rastspanner und das damit verbundene Rad außerhalb oder innerhalb des Umschlingungsmittel angeordnet sind, in den meisten Fällen wird es jedoch bevorzugt, dass der Rastspanner das Rad von außen in den Zugmitteltrieb drückt. Der Rastspanner ist so ausgebildet, dass er nur in eine Richtung wirkt, dementsprechend kann das bewegbare Teil von dem feststehenden Teil weg zum Umschlingungsmittel hin bewegt werden, eine Bewegung des Rastspanners in umgekehrter Richtung, das heißt in Richtung auf das feststehende Teil, ist jedoch gesperrt. Dieser Aufbau führt dazu, dass das bewegliche Teil des Rastspanners mit fortschreitender Verlängerung des Umschlingungsmittels zum Umschlingungsmittel hin bewegt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das mit dem Rastspanner verbundene Rad an einer dreh- oder schwenkbar gelagerten Halterungsvorrichtung angeordnet und mit dieser bewegbar ist. Ein derartiger Aufbau hat den Vorteil, dass die Befestigungs- und Lagerpunkte entsprechend den jeweiligen Einbauverhältnissen gewählt werden können. Es ist zweckmäßig, dass die Halterungsvorrichtung einen ersten Lagerpunkt, über den sie dreh- oder schwenkbar am Motor gelagert ist und einen zweiten Lagerpunkt, über den sie mit dem Rastspanner verbunden ist, aufweist. Es ist auch denkbar, dass die Halterungsvorrichtung nicht direkt am Motor oder am Motorblock, sondern an einem damit verbundenen Fahrzeugbauteil, beispielsweise einem Aggregat oder an der Fahrzeugkarosserie gelagert ist, die Anbringung am Motorblock wird jedoch bevorzugt. Bei einer Halterungsvorrichtung, die zwei Lagerpunkte aufweist, können diese näherungsweise beiderseits des Rades einander gegenüberliegend angeordnet sein.

Eine besonders zuverlässige Funktion des erfindungsgemäßen Zugmitteltriebs kann erzielt werden, wenn das bewegbare Teil des Rastspanners Rasten umfasst, in die ein federbelastetes Rastelement des an dem Motor befestigten Teils eingreift. Wenn die Spannung in dem Zugmitteltrieb nachlässt, wird das Rasten aufweisende bewegbare Teil des Rastspanners zum Umschlingungsmittel hin verschoben, so dass das federbelastete Rastelement des feststehenden Teils in benachbarte oder andere Rasten eingreift. Mit besonderem Vorteil weist das an dem Motor befestigte Teil eine Sperrvorrichtung auf, die eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung blockiert. Diese Sperrvorrichtung hat eine ähnliche Funktion wie eine Sperrklinke, da sie eine Bewegung des beweglichen Teils von dem feststehenden Teil weg ermöglicht und eine Bewegung in umgekehrter Richtung sperrt.

Das Umschlingungsmittel des erfindungsgemäßen Zugmitteltriebs kann ein eine hohe Elastizität aufweisender Elastriemen sein, alternativ kann jedoch auch ein herkömmlicher Riemen eingesetzt werden, der kostengünstiger ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem eine Spannrolle aufweisenden Rastspanner; und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der der Rastspanner an einer drehbar gelagerten Halterungsvorrichtung befestigt ist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem eine Spannrolle aufweisenden Rastspanner.
Der in 1 gezeigte Zugmitteltrieb 1 für einen Verbrennungsmotor besteht im Wesentlichen aus einem antreibenden Rad 2, das mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist und angetriebenen Rädern 3, 4, 5 und einem um die Räder 2, 3, 4, 5 geführten Riemen 6. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Rad 3 als Spannrolle für einen Rastspanner 7, das Rad 4 ist mit der Welle eines Generators verbunden, das Rad 5 treibt einen Klimakompressor an. Bei anderen Ausführungsformen können weitere Räder für andere Aggregate vorhanden sein, beispielsweise Nockenwellenantriebsräder.
Wie in 1 zu erkennen ist, ist das Kurbelwellenrad 2 unrund ausgebildet, es weist näherungsweise die Form einer Ellipse auf. Durch das unrunde Rad 2 wird dem Zugmitteltrieb 1 eine Ungleichförmigkeit aufgeprägt, die die systembedingt vorhandene Ungleichförmigkeit überlagert und beeinflusst. Jeder Verbrennungsmotor besitzt einen kritischen Drehzahlbereich, in dem es zu Schwingungen und gegebenenfalls sogar zu Resonanzen kommen kann. Mittels der durch das unrunde Antriebsrad 2 aufgeprägten Ungleichförmigkeit kann der kritische Resonanz- beziehungsweise Drehzahlbereich in einen nicht störenden Bereich verschoben werden, gegebenenfalls können die auftretenden Schwingungen durch Überlagerung auch verringert werden.
Der Rastspanner 7 besteht aus einem feststehenden Teil, das am Motorblock angebracht ist und einem demgegenüber bewegbaren Teil 9, an dem das als Spannrolle dienende angetriebene Rad 3 drehbar befestigt ist.
Der Rastspanner 7 wird so eingestellt, dass durch das Rad 3 eine bestimmte einstellbare Spannung des Riemens 6 erzeugt wird. Im Inneren des bewegbaren Teils 9 ist eine Druckfeder 10 angeordnet, die sich an dem feststehenden Teil 8 abstützt und das bewegbare Teil 9 permanent beaufschlagt. Während des Betriebs des Zugmitteltriebs 1 existiert ein Kräftegleichgewicht zwischen der durch die Druckfeder 10 erzeugten Kraft und der gleichgroßen, entgegengesetzt wirkenden Reaktionskraft, die von dem Riemen 6 auf das Rad 3 ausgeübt wird. Wenn es zu einer Verlängerung des Riemens 6 kommt, ist die durch die Druckfeder 10 ausgeübte Kraft größer als die entgegengesetzte Kraft des Riemens 6, so dass das bewegbare Teil 9 zum Riemen 6 hin bewegt wird. Bei dieser Relativbewegung zwischen dem bewegbaren Teil 9 und dem feststehenden Teil 8 des Rastspanners 7 wird ein durch eine Feder 11 beaufschlagtes Rastelement 12 um eine oder mehrere Rasten 13 verschoben, die an dem bewegbaren Teil 9 ausgebildet sind. Der Rastspanner umfasst ferner eine Sperrvorrichtung 14, die als Sperrklinke wirkt und verhindert, dass das bewegbare Teil 9 zurück in Richtung auf das feststehende Teil 8 verschoben wird. Das bewegbare Teil 9 kann somit lediglich vom feststehenden Teil 8 weg in Richtung auf den Riemen bewegt werden, nachträglich kann es jedoch nicht wieder an seine ursprüngliche Position zurückkehren.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem der Rastspanner an einer drehbar gelagerten Halterungsvorrichtung befestigt ist.
Der in 2 gezeigte Zugmitteltrieb 15 umfasst in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel einen Riemen 6, der von einem Kurbelwellenrad 2 angetrieben wird. Daneben sind angetriebene Räder 5, 16 eines Klimakompressors und einer Wasserpumpe vorhanden. Das angetriebene Rad 17 eines Generators ist an einer Halterungsvorrichtung 18 drehbar gelagert. Die Halterungsvorrichtung 18 besitzt einen ersten Lagerpunkt 19 am Motorblock, an dem die Halterungsvorrichtung 18 drehbar gelagert ist. Daneben umfasst die Halterungsvorrichtung 18 eine zweiten Lagerpunkt 20, an dem sie mit einem Rastspanner 21 verbunden ist. Der Aufbau und die Funktion des Rastspanners 21 entsprechen derjenigen des Rastspanners 7 des ersten Ausführungsbeispiels. Der Rastspanner 21 besitzt ein feststehendes, am Motorblock angebrachtes Teil und ein demgegenüber bewegbares Teil, an dem sich der Lagerpunkt 20 befindet.
Bei nachlassender Spannung des Riemens 6 wird das bewegbare Teil des Rastspanners 21 von dem feststehenden Teils des Rastspanners wegbewegt, wobei der bewegliche Lagerpunkt 20 eine Drehbewegung gegen den Uhrzeigersinn um den Lagerpunkt 19 durchführt. Dadurch wird das angetriebene Rad 17 derart verschoben, dass sich die Spannung des Riemens erhöht.
Der Riemen 6 kann ein sogenannter Elastriemen sein, der sich durch eine besonders hohe Elastizität auszeichnet. Alternativ kann auch ein herkömmlicher Riemen verwendet werden, der besonders kostengünstig ist.

1: Zugmitteltrieb
2: antreibendes Rad
3: angetriebene Räder
4: angetriebene Räder
5: angetriebene Räder
6: Riemen
7: Rastspanner
8: feststehendes Teil
9: bewegbares Teil
10: Druckfeder
11: Feder
12: Rastelement
13: Raste
14: Sperrvorrichtung
15: Zugmitteltrieb
16: angetriebenes Rad
17: angetriebenes Rad
18: Halterungsvorrichtung
19: Lagerpunkt
20: Lagerpunkt
21: Rastspanner

Claims

Zugmitteltrieb, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, mit einem Umschlingungsmittel, einer auf das Umschlingungsmittel einwirkenden Spannvorrichtung, wenigstens einem antreibenden Rad und wenigstens einem angetriebenen Rad, von denen wenigstens eines unrund ausgebildet und/oder exzentrisch gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung als Rastspanner (7, 21) mit einem am Motor befestigten Teil (8) und einem demgegenüber bewegbaren Teil (9) ausgebildet ist, die miteinander verrastet sind, wobei das bewegbare Teil (9) bei nachlassender Spannung des Umschlingungsmittels unter dem Einfluss eines Federelements zum Umschlingungsmittel hin bewegt wird und eine Bewegung in umgekehrter Richtung gesperrt ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem bewegbaren Teil (9) des Rastspanners (7, 21) eines der Räder (3, 17) angeordnet ist, das vorzugsweise mit einem Aggregat gekoppelt ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Rastspanner (7, 21) verbundene Rad (17) an einer dreh- oder schwenkbar gelagerten Halterungsvorrichtung (18) angeordnet und mit dieser bewegbar ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungsvorrichtung (18) einen ersten Lagerpunkt (19), über den sie dreh- oder schwenkbar am Motor gelagert ist und einen zweiten Lagerpunkt (20), über den sie mit dem Rastspanner (21) verbunden ist, aufweist.
Zugmitteltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Teil (9) des Rastspanners (7) Rasten (13) umfasst, in die ein federbelastetes Rastelement (12) des feststehenden Teils (8) eingreift.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Teil (8) eine Sperrvorrichtung (14) aufweist, die eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung blockiert.
Zugmitteltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungsmittel ein eine hohe Elastizität aufweisender Elastriemen ist.