DE102004055428A1

DE102004055428A1 - Zugmitteltrieb für einen Startergenerator

Info

Publication number: DE102004055428A1
Application number: DE200410055428
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Bogner (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-05-18
Also published as: WO2006053617A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb mit mindestens einem Spanner, insbesondere für das Zugmittel eines Startergenerators und weiterer Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors. DOLLAR A Ein Zugmitteltrieb mit einfachem Aufbau, geringem Platzbedarf und Schlupffreiheit im gesamten Betriebsbereich wird dadurch erreicht, dass der Zugmitteltrieb nur einen Spanner (2) besitzt, der eine für den Generatorbetrieb ausgelegte, vorzugsweise stählernde, Spannfeder (7, 7') aufweist und dessen Spannkraft durch eine schaltbare Spannvorrichtung (1) auf eine für den Startbetrieb erforderliche Höhe steigerbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb mit mindesten einem Spanner für das Zugmittel eines vorzugsweise riemengetriebenen Startergenerators und weiterer Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors.

Hintergrund der Erfindung

In der DE 199 26 615 A1 ist ein Zugmitteltrieb für Zugmittel wie Riemen oder Ketten offenbart, der zum Antrieb eines Startergenerators eines Verbrennungsmotors dient. Dieser Riementrieb besitzt zwei Spannarme, die um eine gemeinsame Achse schwenkbar und über ein auf beide Spannarme sich abstützendes Federelement gekoppelt sind. Nachteilig an dieser Lösung ist die Begrenzung auf einen Dreischeibentrieb, der einen zusätzlichen Riementrieb für weitere Nebenaggregate erforderlich macht.

In der EP 1 122 464 B1 ist ein Zugmitteltrieb für ein Zugmittel dargelegt, das dem Antrieb eines Startergenerators und anderer Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors dient.

Dieser Zugmitteltrieb weist zwei Spanner auf, die auf nur einem Schwenkarm in unterschiedlichem Abstand von einem gemeinsamen Schwenklager angeordnet sind. Beim Schwenken wird ein Trum des Zugmittels durch eine schwenklagernahe Spannrolle gespannt und ein anderes Trum durch eine schwenklagerferne Spannrolle zugleich entspannt. Diese Anordnung hat bei Zugmittelverschleiß eine unzureichende Nachspannmöglichkeit zur Folge.

Die DE 100 57 818 A1 offenbart einen Zugmitteltrieb für einen Startergenerator eines Verbrennungsmotors, mit einem Zugmittel, das eine Zugmittelscheibe des Startergenerators mit einer Zugmittelscheibe der Kurbelwelle verbindet. Als Spanner dient der schwenkbar gelagerte Startergenerator selbst, der durch ein Federelement am Motorgehäuse abgestützt ist.

Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass das Zugmittel nur zum Antrieb des Startergenerators vorgesehen ist. Außerdem führt dessen Schwenkbarkeit bei den im Fahrzeug zu erwartenden Beschleunigungen zu unerwünschten Relativbewegungen gegenüber dem Motorgehäuse.

In der japanischen Patentschrift 11234706 ist ein Zugmitteltrieb für Zugmittel wie Riemen oder Ketten beschrieben, der zum Antrieb eines Startergenerators und weiterer Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors dient.

Dieses Spannsystem benötigt zwei Spanner an gegenüberliegenden Trums, wobei die Trums beim Wechsel der Betriebsart zwischen Generator- und Startbetrieb auch zwischen Leer- und Zugtrum wechseln. Dieser Wechsel ist beim Umschalten von Start- auf Generatorbetrieb wegen der damit verbundenen Zugentlastung des Zugmittels unproblematisch, so dass die beiden Spanner die erforderliche Zugmittelspannung des Leertrums sicher erreichen.

Problematisch ist der umgekehrte Fall, wenn beim Umschalten von Generatorauf Startbetrieb der im Leertrum angeordnete Spanner die hohe Zugkraft des Starters mit dem Leertrum des Generatorbetriebs aufnehmen muss. Die Lösung obiger Patentschrift wird in einer einseitigen Verriegelung dieses Spanners gesucht, durch die derselbe im Startbetrieb an einer Entlastung des Leertrums des Generatorbetriebs gehindert wird.

Nachteilig sind bei dieser Lösung der Platzbedarf und Bauaufwand für die beiden Spanner und die dem Startbetrieb nicht angepasste Spannkraft derselben.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zugmitteltrieb für einen zugmittelgetriebenen Startergenerator und für andere Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors zu schaffen, der durch einfachen Aufbau, geringen Platzbedarf und Schlupffreiheit des Zugmittels im gesamten Betriebsbereich gekennzeichnet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.

Da der Zugmitteltrieb nur einen Spanner aufweist, zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch einen vergleichsweise einfachen Aufbau sowie geringen Raum- und Bauaufwand aus. Durch die zweistufige Beaufschlagung des Zugmittels durch die Spannkraft der Spannfeder des Spanners und die Spannkraft der schaltbaren Spannvorrichtung wird im gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors die für einen schlupffreien Lauf des Zugmittels jeweils erforderliche Spannkraft erreicht. Die stählerne Spannfeder bietet den Vorteil, dass sie im gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors die für den Generatorbetrieb erforderliche Spannkraft ohne Zusatzenergie und Zu satzaufwand bereit stellt. Dem gegenüber ermöglicht die schaltbare Spannvorrichtung eine bezüglich Höhe und Dauer variable Spannkraft.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die schaltbare Spannvorrichtung eine vorzugsweise hydraulisch erzeugte Spannkraft aufweist. Dadurch besteht die Möglichkeit, einen vorhandenen hydraulischen Dämpfer eines Spanners zu einer hydraulischen Spannvorrichtung nachzurüsten.

Neben der hydraulischen Version der Spannvorrichtung ist in Fällen, bei denen Druckluft zur Verfügung steht, auch eine pneumatische Variante denkbar.

Eine ebenfalls mögliche elektromotorische Erzeugung der Spannkraft bietet Vorteile bezüglich kurzer Ansprechzeit, einfacher Steuer- und Regelbarkeit und fehlender Leckage.

Für die Anordnung der Spannvorrichtung am Spanner ist es von Vorteil, dass die hydraulische Spannvorrichtung einen Kolben mit mindestens einer Kolbenstange aufweist, wobei der Kolben in einem an beiden Enden geschlossenen Zylinder mit Dichtspiel geführt ist und dass die Kolbenstange mit ihrem freien Ende an einen Spannarm des Spanners und der Zylinder an einem Spannergehäuse oder an einem Motorblock schwenkbar angelenkt sind. Auf diese Weise entspricht der Einbau der Spannvorrichtung in einen Spanner weitgehend dem eines hydraulischen Dämpfers.

Durch die konstruktive Ausbildung der hydraulischen Spannvorrichtung dient diese neben der Verstärkung der Spannkraft des Spanners auch als dessen Dämpfer. Damit kann die hydraulische Spannvorrichtung an die Stelle eines vorhandenen mechanischen oder hydraulischen Dämpfers treten oder diesen ergänzen. Dazu ist es von Vorteil, dass der Drosselventilquerschnitt und damit die Dämpfung einstellbar sind.

Die in der zweiten Leitung angeordnete Hydraulikpumpe dient der Druckversorgung des mit deren Druckseite verbundenen ersten Raumes und damit der Erhöhung der Spannkraft des Spanners. Da zugleich die Saugseite der Hydraulikpumpe mit dem zweiten Raum verbunden ist, wird aus dem ersten Raum anfallendes Lecköl in denselben zurückgeführt.

Von Vorteil ist auch, dass die Hydraulikpumpe einen elektromotorischen Antrieb aufweist. Dadurch kann schon vor dem Start des Verbrennungsmotors der in der Spannvorrichtung zum Start benötigte Öldruck aufgebaut werden. Im Generatorbetrieb kann dann die Hydraulikpumpe abgeschaltet werden, um Energie zu sparen.

Es hat Vorteile, dass der Öldruck der elektromotorisch angetriebenen Hydraulikpumpe in Abhängigkeit von der zu erwartenden Starterleistung und den die Starterleistung beeinflussenden Motorparametern vor und während des Startbetriebs steuer- oder regelbar ist. Als die die Starterleistung beeinflussenden Motorparameter kommen z. B. die Kühlwasser- oder Motoröltemperatur in Frage. Mit diesen Temperaturen können ein zu erwartender Kalt- oder Warmstart und der unterschiedliche Bedarf an Starterleistung und Zugmittelvorspannung vorausgesagt werden. Die Änderung der Starterleistung während des Startvorganges kann durch das Reaktionsmoment des Starters gemessen und durch entsprechende Zugmittelvorspannung mittels der Spannvorrichtung berücksichtigt werden. Somit wird im gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors eine optimale Zugmittelvorspannung erreicht.

Eine Variation des Öldrucks der Hydraulikpumpe ist durch Verändern von deren Drehzahl möglich.

Wenn ein hinreichend großer Druckspeicher vorgesehen ist, der in Strömungsverbindung mit der Druckseite der Hydraulikpumpe steht, kann der Verbrennungsmotor unter Umständen ohne Vorlauf der Hydraulikpumpe gestartet werden. In einem solchen Fall kann die Hydraulikpumpe auch direkt vom Verbrennungsmotor angetrieben werden.

Es ist auch denkbar, dass für in Fahrzeuge eingebaute Verbrennungsmotore vorhandene Druckspeicher, wie z. B. für die Servolenkung, mit benutzbar sind.

In der Praxis kann es von Vorteil sein, dass die Spannvorrichtung durch funktionsgerechtes Hinzufügen einer stählernen Spannfeder zu einem schaltbaren, hydraulisch gedämpften Spanner nachrüstbar ist. Umgekehrt besteht die Möglichkeit, einen hydraulisch gedämpften Spanner mit einer schaltbaren Spannvorrichtung nachzurüsten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.
Dabei zeigen:
1 einen mechanischen Spanner, an dessen Gehäuse sich eine hydraulische Spannvorrichtung abstützt;
2 der mechanische Spanner von 1, dessen hydraulische Spannvorrichtung sich an einem Motorblock abstützt;
3 eine hydraulische Spannvorrichtung im Generatorbetrieb;
4 die hydraulische Spannvorrichtung von 3 im Startbetrieb;
5 einen hydraulischen Spanner mit integrierter hydraulischer Spannvorrichtung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 5 ist eine erfindungsgemäße hydraulische Spannvorrichtung 1 dargestellt. Sie ist Teil eines in den 1 und 2 gezeigten Spanners 2, der dem Spannen eines Riemens für einen riemengetriebenen Startergenerator und für weitere Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors dient.
Der nicht dargestellte Riementrieb besitzt aus Bauraum- und Kostengründen nur einen Spanner 2 mit einer Spannerrolle 3. Diese ist am freien Ende eines Spannarms 4 gelagert, der selbst in einem Spanngehäuse 5 eine Lagerung aufweist. Das Spannergehäuse 5 ist mit dem Verbrennungsmotor durch eine Zentralschraube 6 verspannt. Eine als Torsionsfeder ausgebildete Spannfeder 7 stützt sich mit einem Ende auf dem Spannerarm 4 und mit dem anderen auf dem Spannergehäuse 5 ab. Ein Kolben 8 der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1, die in 1 und 2 nur angedeutet ist, steht über eine Kolbenstange 9 mit einer Lasche 10 des Spannarms 4 und über einen Zylinder 11 mit einer Lasche 10' des Gehäuses 5 oder des Motorblocks 12 in Verbindung.
Der Spanner 2 beaufschlagt über die Spannerrolle 3 das Leertrum des im Generatorbetrieb laufenden Riemens durch die stählerne Spannfeder 7 mit der für diese Betriebsart erforderlichen Spannkraft.
Im Startbetrieb wird aus dem Leertrum ein Zugtrum. Dieses muss durch das im Vergleich zum Generator hohe Drehmoment des Starters eine hohe Zugkraft übertragen, die bestrebt ist, das Leertrum zu straften und die Spannerrolle 3 aus ihrer Leertrum-Position zu drängen. Dies muss verhindert werden, da sonst die Riemenvorspannung zusammenbricht und der Riemen durchrutscht.
Als Gegenmittel dient die erfindungsgemäße hydraulische Spannvorrichtung 1, durch die die erforderliche Riemenvorspannung erreicht wird.
Wie aus 3 und 4 hervorgeht, weist die hydraulische Spannvorrichtung 1 einen Zylinder 11 auf, der an beiden Enden geschlossen ist und der durch ei nen Kolben 8' in einen ersten Raum 13 und einen zweiten Raum 14 unterteilt ist. Die Räume 13 und 14 sind durch ein hydraulisches Schaltventil 15 verbindbar.
Das Schaltventil 15 hat zwei Schaltstellungen. Zum Generatorbetrieb gehört die Schaltstellung „G", bei der die Räume 13, 14 durch eine erste Leitung 16 verbunden sind, während im Startbetrieb das hydraulische Schaltventil 15 die Schaltstellung „S" einnimmt, bei der die Räume 13, 14 durch eine zweite Leitung 17 verbunden sind.
In der ersten Leitung 16 befindet sich ein verstellbares Drosselventil 18. Dieses wird bei einer Bewegung des Kolbens 8' gedrosselt durchströmt, wodurch dessen Bewegung gedämpft wird.
In der zweiten Leitung 17 befindet sich eine elektromotorisch angetriebene Hydraulikpumpe 19. Deren Druckseite 20 ist über das hydraulische Schaltventil 15 mit dem ersten Raum 13 verbunden, während die Saugseite 21 mit dem zweiten Raum 14 in direkter Strömungsverbindung steht.
Durch den im ersten Raum 13 und auf den Kolben 8' wirkenden Öldruck der Hydraulikpumpe 19, entsteht eine zusätzliche Spannkraft. Diese wirkt über die Kolbenstange 9' und dem Spannarm 4 sowie die Spannerrolle 3 auf den Riemen. Sie ist so ausgelegt, dass das Zugtrum in der Leertrum-Stellung verbleibt und damit die für einen schlupffreien Riementrieb erforderliche Vorspannkraft im Riemen aufweist.
In 5 ist ein hydraulisch gedämpftes Spannsystem 22 dargestellt, in das die schaltbare Spannvorrichtung 1 integriert ist. Gemeinsam ist beiden ein Dämpferkolben 8'' mit einer Kolbenstange 9'', die mit einem Zwischenstück 23 fest verbunden ist und außerdem ein Dämpferzylinder 11', in dem der Dämpferkolben 8'' geführt ist.
Zum Unterschied von der Spannvorrichtung 1 weist der Dämpferkolben 8'' des Spannsystems 22 eine axiale Bohrung 23 auf, die von einem Rückschlagventil 24 beherrscht wird, das eine von der Bewegungsrichtung des Dämpferkolbens 8'' abhängige Dämpfung bewirkt. Ein weiterer Unterschied zur Spannvorrichtung 1 besteht in einer als Spiralfeder ausgebildeten Spannfeder 8', die die im Generatorbetrieb erforderliche Riemenspannkraft aufweist.
Das hydraulisch gedämpfte Spannsystem 22 wird von Seiten der hydraulischen Spannvorrichtung 1 durch das hydraulische Schaltventil 15 ergänzt, das die erste Leitung 16 mit dem verstellbaren Drosselventil 18 und die zweite Leitung 14 mit der Hydraulikpumpe 19 beherrscht.
In 5 wird die Rückschlagventilseite des Dämpferkolbens 8'' über das in Schaltstellung „S" stehende hydraulische Schaltventil 15 mit dem Öldruck der Hydraulikpumpe 19 beaufschlagt. Dadurch erreicht das Spannsystem 22 die für den Startbetrieb erforderliche Spannkraft.

1: hydraulische Spannvorrichtung
2: Spanner
3: Spannerrolle
4: Spannarm
5: Spannergehäuse
6: Zentralschraube
7: Spannfeder (Torsionsfeder)
7': Spannfeder (Spiralfeder)
8: Kolben
8': Kolben
8'': Dämpferkolben
9: Kolbenstange
9': Kolbenstange
9'': Kolbenstange
10: Lasche
10': Lasche
11: Zylinder
11': Dämpferzylinder
12: Motorblock
13: erster Raum
14: zweiter Raum
15: hydraulisches Schaltventil
16: erste Leitung
17: zweite Leitung
18: einstellbares Drosselventil
19: Hydraulikpumpe
20: Druckseite
21: Saugseite
22: hydraulisch gedämpftes Spannsystem
23: Zwischenstück
24: axiale Bohrung
25: Rückschlagventil
„G": Generatorbetrieb
„S": Startbetrieb

Claims

Zugmitteltrieb mit mindestens einem Spanner, insbesondere für das Zugmittel eines zugmittelgetriebenen Startergenerators und weiterer Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugmitteltrieb nur einen Spanner (2) besitzt, der eine für den Generatorbetrieb ausgelegte, vorzugsweise stählerne Spannfeder (7, 7') aufweist und dessen Spannkraft durch eine schaltbare Spannvorrichtung (1) auf eine für den Startbetrieb erforderliche Höhe steigerbar ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Spannvorrichtung (1) eine hydraulisch erzeugte Spannkraft aufweist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Spannvorrichtung (1) eine pneumatisch erzeugte Spannkraft aufweist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Spannvorrichtung (1) eine elektromotorisch erzeugte Spannkraft aufweist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Spannvorrichtung (1) einen Kolben (8, 8') mit mindestens einer Kolbenstange (9, 9', 9'') aufweist, wobei der Kolben (8, 8') in einem an beiden Enden geschlossenen Zylinder (11, 11') mit Dichtspiel geführt ist und dass die Kolbenstange (9, 9', 9'') mit ihrem freien Ende an einem Spannarm (4) des Spanners (2) und der Zylinder (11) an einem Spannergehäuse (5) oder an einem Motorblock (12) schwenkbar angelenkt sind.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8, 8', 8'') den Zylinder (11, 11') in einen ersten und zweiten Raum (13, 14) unterteilt und dass die beiden Räume (13, 14) mit Hilfe eines hydraulischen Schaltventils (15) in dessen Stellung „G" (Generatorbetrieb) über eine erste Leitung (16) und in dessen Stellung „S" (Startbetrieb) über eine zweite Leitung (17) verbindbar sind, wobei in der ersten Leitung (16) ein vorzugsweise einstellbares Drosselventil (18) und in der zweiten Leitung (17) eine vorzugsweise elektromotorisch angetriebene Hydraulikpumpe (19) angeordnet sind, wobei im Startbetrieb deren Druckseite (20) mit dem ersten Raum (13) und deren Saugseite (21) mit dem zweiten Raum (14) in Strömungsverbindung stehen.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruck der elektromotorisch angetriebenen Hydraulikpumpe (19) in Abhängigkeit von der zu erwartenden Starterleistung und den die Starterleistung beeinflussenden Motorparametern vor und während des Startbetriebs steuer- oder regelbar ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruck der Hydraulikpumpe (19) z. B. durch deren Drehzahl variierbar ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckspeicher einbaubar ist, der in Strömungsverbindung mit der Druckseite (20) der Hydraulikpumpe (19) steht.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (1) durch funktionsgerechtes Hinzufügen einer stählernen Spannfeder (8') zu einem schaltbaren, hydraulisch gedämpften Spanner (2) nachrüstbar ist.