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Die
Erfindung betrifft einen Aggregatantrieb für ein Kraftfahrzeug, umfassend
ein Antriebsrad, ein Abtriebsrad, ein spannbares Zugmittel sowie
eine auf das Zugmittel wirkende Spanneinrichtung mit einer um eine
erste Achse drehbaren Spannrolle, wobei die Spanneinrichtung um
eine zur ersten Achse parallele zweite Achse zwischen einer Montage-
und einer Spannposition verschwenkbar ist sowie ein Verfahren zum
Spannen eines derartigen Aggregatantriebs.
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Die
DE 199 07 668 A1 offenbart
eine Riemenspannvorrichtung für
einen Aggregatantrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebsrad,
einem Abtriebsrad, einem das Antriebsrad mit dem Abtriebsrad verbindenden
Zugmittel sowie einer Spanneinrichtung zum Spannen des Zugmittels.
Die Spanneinrichtung umfasst einen Spannarm, dessen eines Ende brennkraftmaschinengehäusefest
angeordnet und dessen anderes, verschwenkbares Ende eine drehbare
Spannrolle trägt.
Zur Erzeugung eines die Spannrolle über den Spannarm gegen das
Zugmittel drängenden
Drehmoments ist ein als Feder ausgebildeter gesonderter Energiespeicher vorgesehen.
Bei der Montage des Riemens wird die Spanneinrichtung gegen die
Kraft der Spannfeder in eine Montageposition gebracht und dort gehalten,
der Riemen wird locker über
Antriebs- und Abtriebsrad gelegt, dann wird die Spanneinrichtung
wieder freigegeben und nimmt spannfederkraftbedingt wieder ihre
Spannposition ein und der Riemen wird gespannt.
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Mit
diesem Federspannsystem können
Herstell- bzw. Fertigungstoleranzen ausgeglichen, ein Längenausgleich
und eine Überlastsicherung
bei dynamischem Betriebsverhalten kann realisiert und es kann eine
exakt vordefinierte Vorspannkraft über die Lebensdauer des Riemens
aufgebracht werden. Allerdings ist ein derartiges gesondertes Federspannsystem
teuer, schwer und benötigt
einen großen
Bauraum. Außerdem
ist, um die Spanneinrichtung in Montageposition zu bringen und dort
zu halten, eine beträchtliche
Kraft erforderlich, die Riemenmontage ist daher aufwändig.
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Um
die genannten Nachteile zu vermeiden, wird häufig auf ein gesondertes Federspannsystem verzichtet
und ein besonderer „Elast-Riemen" verwendet, der mittels
eigens hierfür
konzipierter Werkzeuge unter Dehnung auf Antriebs- und Abtriebsrad aufgezogen
wird, wobei außerordentlich
hohe Kräfte auftreten.
Während
im Rahmen der Serienfertigung die Riemenmontage überwiegend automatisiert erfolgt,
wird ein Riemenwechsel im Kundendienst üblicherweise manuell durchgeführt. Die
erforderliche Serienmontagevorrichtung ist sehr teuer, der Montageprozess
dauert lange und bedingt so hohe Taktzeiten. Hinzu kommt ein hoher
Werkzeugverschleiß und – insbesondere
bei manueller Riemenmontage – eine hohe
Verletzungsgefahr. Der Dehnungsvorgang beim Riemenauflegen führt zudem
zur Aufzehrung eines Teils des Elastizitätspotentials des Riemens mit der
Folge, dass dessen Arbeitsbereich und Vorspannkraft bereits vor
Inbetriebnahme reduziert sind. Nicht zuletzt besteht die Gefahr, dass
der Riemen bei der Montage überdehnt
wird und plastische Verformungen auftreten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen eingangs genannten Aggregatantrieb
sowie ein Verfahren zum Spannen desselben bereit zu stellen, mit dem
sowohl Kosten, Bauraumbedarf und Gewicht eines gesonderten Federspannsystems
als auch Investitionskosten für
Serienmontagevorrichtungen bei Verwendung eines „Elast-Riemens" vermieden werden.
Ferner soll der Montageprozess vereinfacht und sicherer, die Prozesssicherheit
erhöht
werden. Es soll ein bauteilschonendes Spannen ermöglicht und damit
eine verbesserte Produktqualität
erreicht werden.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt mit einem Aggregatantrieb mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, indem die Spannposition der Spanneinrichtung so liegt,
dass der auf die Spanneinrichtung wirkende, durch die erste Achse
gehende resultierende zugmittelspannungsbedingte Spannkraftvektor
kleiner ist, als der bei einem Verschwenken der Spanneinrichtung
zwischen Montage- und Spannposition maximal auftretende Spannkraftvektor.
Auf sehr vorteilhafte Weise kann so auf ein gesondertes Federspannsystems
verzichtet werden und gleichzeitig können die genannten Nachteile
eines Aufziehens des Riemens auf Antriebs- und Abtriebsrad unter
Dehnung vermieden werden.
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Außerdem wird
die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit Verfahren mit den
Merkmalen der Ansprüche
10 und 11 gelöst,
wobei ausgehend von der Montageposition ein Spannwerkzeug mit der entsprechenden
Angriffsgeometrie des Verbindungselements in Verbindung gebracht
und die Spanneinrichtung in Richtung der Spannposition verschwenkt wird,
bis der Gegenanschlag des Verbindungselements an dem die Spannposition
bestimmenden Anschlag zur Anlage kommt, wobei der auf die Spanneinrichtung
wirkende, durch die erste Achse gehende resultierende zugmittelspannungsbedingte
Spannkraftvektor zunimmt, einen Maximalwert erreicht und dann wieder
kleiner wird oder ausgehend von der Montageposition ein Spannwerkzeug
mit der entsprechenden Angriffsgeometrie des Innenteils der Spannrolle
in Verbindung gebracht wird, wobei das Spannwerkzeug eine Gegenanschlag
bildet und die Spanneinrichtung in Richtung der Spannposition verschwenkt
wird, bis das den Gegenanschlag bildende Spannwerkzeug an dem die
Spannposition bestimmenden Anschlag zur Anlage kommt, wobei der
auf die Spanneinrichtung wirkende, durch die erste Achse gehende
resultierende zugmittelspannungsbedingte Spannkraftvektor zunimmt,
einen Maximalwert erreicht und dann wieder kleiner wird. Mit den
erfindungsgemäßen Spannverfahren
wird der Montageprozess vereinfacht und sicherer, die Prozesssicherheit
wird erhöht
und ein bauteilschonendes Spannen ermöglicht.
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Besonders
bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorzugsweise
liegt bei dem erfindungsgemäßen Aggregatantrieb
die zweite Achse außerhalb
der Spannrolle liegt und es ist ein durch die erste und die zweite
Achse gehendes Verbindungselement vorgesehen. Es ergibt sich so,
bedingt durch die Länge
des Verbindungselements ein besonders geeigneter Verschwenkweg und
-bereich. Zweckmäßigerweise weist
das Verbindungselement einen Gegenanschlag, der mit einem die Spannposition
bestimmenden Anschlag korrespondiert, sowie eine Angriffsgeometrie
für ein
Spannwerkzeug auf.
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Gemäß einer
alternativen Ausführung
des erfindungsgemäßen Aggregatantriebs
liegt die zweite Achse innerhalb der Spannrolle liegt, was den Vorteil
einer besonders kompakten Bauweise bietet. Einer bevorzugten Ausgestaltung
zufolge umfasst die Spannrolle ein ringförmiges drehbares Rollenelement
sowie ein feststehendes Innenteil, wobei die Spannrolle mit ihrem
Innenteil exzentrisch entlang der zweiten Achse befestigbar ist
und das Innenteil der Spannrolle weist eine Angriffsgeometrie für ein Spannwerkzeug
auf.
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Zur
Festlegung der Spannposition der Spanneinrichtung hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, wenn die Lage der Angriffsgeometrie für ein Spannwerkzeug
die Spannposition der Spanneinrichtung in Bezug auf einen die Spannposition
festlegenden Anschlag bestimmt. Beim Spannen des Riemens kann so
das Spannwerkzeug mit der Angriffsgeometrie in Eingriff gebracht
werden und selbst den mit dem Anschlag korrespondierenden Gegenanschlag
bilden.
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Zweckmäßigerweise
ist zur Aufnahme der Spanneinrichtung entlang der zweiten Achse
ein Befestigungselement vorgesehen, das einen die Spannposition
bestimmenden Anschlag aufweist. Gegebenenfalls kann jedoch die Spanneinrichtung auch
unmittelbar gehäuseseitig
befestigt werden.
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Nachfolgend
werden besonders zu bevorzugende Ausführungen und Weiterbildungen
der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch
und beispielhaft
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1a Nebenaggregatantrieb
für ein
Kraftfahrzeug mit Spanneinrichtung,
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1b Schnittdarstellung
entlang A-A,
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1c Schnittdarstellung
entlang B-B,
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2a Nebenaggregatantrieb
für ein
Kraftfahrzeug mit Spanneinrichtung und
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2b Schnittdarstellung
entlang C-C.
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1a zeigt
einen Nebenaggregatantrieb 100 für ein hier nicht näher dargestelltes
brennkraftmaschinengetriebenes Kraftfahrzeug mit Spanneinrichtung 118,
Schnittdarstellungen entlang A-A und B-B sind mit den 1b und 1c gezeigt.
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Ein
Antriebsrad 102 ist der Kurbelwelle der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine
zugeordnet, ein Abtriebsrad 104 ist einem Nebenaggregat
des Kraftfahrzeugs, wie Servopumpe, Wasserpumpe, Generator oder
Klimakompressor zugeordnet. Antriebs- 102 und Abtriebsrad 104 sind
mittels eines Zugmittels 106, hier mittels eines Keilrippen-Riemens,
miteinander antriebsverbunden. Auch wenn vorliegend nur ein Abtriebsrad 104 dargestellt
ist, kann der Nebenaggregatantrieb 100 selbstverständlich mehrere Nebenaggregate
mit entsprechenden Abtriebsrädern umfassen,
welche mittels des Zugmittels 106 antreibbar sind.
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Zur
Montage des Zugmittels 106 ist es vorteilhaft, wenn dieses
leicht über
Antriebs- 102 und Abtriebsrad 104 gelegt werden
kann, während
beim Betrieb des Nebenaggregatantriebs 100 zur antreibenden Übertragung
eine vorbestimmte Spannung des Zugmittels 106 erforderlich
ist. Vor diesem Hintergrund ist eine zwischen einer Montage- und
einer Spannposition verstellbare Spanneinrichtung 118 zur Spannung
respektive Entspannung des Zugmittels 106 vorgesehen. In
der 1a ist die Spanneinrichtung 118 in Spannposition
dargestellt, die spannungsfreie Montageposition ist gestrichelt
gezeigt und mit 116 bezeichnet.
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Die
Spanneinrichtung 118 umfasst eine Spannrolle 108 mit
Spannrollenlauffläche 130, Spannrollennabe 133 und
Spannrollenlager 132, deren Achse mit 112 bezeichnet
ist, sowie ein Verbindungselement 110 mit Gegenanschlag 138.
Die Spanneinrichtung 118 ist mit einem dem Brennkraftmaschinengehäuse zugeordneten
Befestigungselement 142, das einen Anschlag 140 aufweist,
verbunden. Die Verbindung der Spannrolle 108 mit dem Verbindungselement 110 erfolgt
entlang der Achse 112 über
die Spannrollennabe 133 mittels einer Schraube 134,
das Verbindungselement 110 ist entlang einer Achse 114 ebenfalls
mittels einer Schraube 136 mit dem Befestigungselement 142 verbunden.
Das Verbindungselement 110 weist eine Angriffsgeometrie 111 für ein Spannwerkzeug
auf. Vorliegend ist die Angriffsgeometrie 111 als sechseckiger
Ausschnitt zur Aufnahme eines Außensechskantschlüssels ausgebildet,
wobei die Angriffsgeometrie 111 auch eine andere zweckmäßige Gestalt,
wie Innen- oder Außenkontur
mit polygonem Querschnitt, aufweisen kann.
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Die
Spanneinrichtung 118 ist um die Achse 114 verschwenkbar.
Indem die Spanneinrichtung 118 ausgehend von der Montageposition 116 in
Richtung Spannposition (108) verschwenkt wird, drückt die Spannrolle 108 in
einem freien Bereich des Zugmittel 106 zunehmend gegen
dieses. Dabei wirkt zugmittelspannungsbedingt eine Spannkraft zwischen
Zugmittel 106 und Spanneinrichtung 118, wobei
bei einem Verschwenken der Spanneinrichtung 118 in Richtung Spannposition
(108) der durch die Spannrollenachse 112 gehende
Spannkraftvektor zunimmt, bei a einen maximalen Wert erreicht und
dann wieder kleiner wird. Die Spannposition (108) wird
durch den Anschlag 140 des Befestigungselements 142 bestimmt, an
dem in Spannposition (108) der Gegenanschlag 138 des
Verbindungselements 110 zur Anlage kommt. Der Spannkraftvektor
b in Spannposition ist um einen vorbestimmten Betrag geringer, als
der bei einem Verschwenken der Spanneinrichtung zwischen Montage-
und Spannposition maximal auftretende resultierende zugmittelspannungsbedingte Spannkraftvektor
a. Der Schnittpunkt der Spannkraftvektoren bei einem Verschwenken
der Spanneinrichtung 118 zwischen Montage- 116 und
Spannposition (108) ist mit D bezeichnet, α kennzeichnet
den Winkel zwischen a und b.
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Zum
Spannen des lastfrei über
Antriebs- 102 und Abtriebsrad 104 liegenden Zugmittels 106 wird ein
Spannwerkzeug mit der Angriffsgeometrie 111 in Eingriff
gebracht und ausgehend von der Montageposition 116 die
Spanneinrichtung 118 in Richtung Spannposition (108)
verschwenkt. Dabei nimmt die Spannkraft zu bis zum höchsten Spannpunkt (Spannkraftvektor
a), von dem aus es zum „Überschnappen" kommt und die Spanneinrichtung 118 unter
der Spannkraft des Zugmittels 106 in die Spannposition
(108) verschwenkt. Die Spanneinrichtung 118 wird
in der Spannposition (108) durch Anziehen der Schraube 136 fixiert.
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Eine
alternative Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Aggregatantriebs 200 für ein hier nicht
näher dargestelltes
brennkraftmaschinengetriebenes Kraftfahrzeug mit Spanneinrichtung 218 zeigt 2a,
eine Schnittdarstellungen entlang C-C ist in 2b dargestellt.
Soweit Gemeinsamkeiten mit dem mit den 1a, 1b und 1c gezeigten Ausführungsbeispiel
bestehen, bezieht sich die entsprechende vorstehende Beschreibung
auch auf das Ausführungsbeispiel
der 1a und 2b.
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2a zeigt
einen Aggregatantrieb 200 mit Antriebsrad 202,
Abtriebsrad 204 und Zugmittel 206 sowie Spanneinrichtung 218.
Die Spanneinrichtung 218 ist in Spannposition dargestellt,
die spannungsfreie Montageposition ist gestrichelt gezeigt und mit 216 bezeichnet.
Die Spanneinrichtung 218 umfasst eine Spannrolle 208 mit
ringförmigem,
drehbarem Rollenelement 230, Innenteil 250 sowie
Spannrollenlager 232. Die Spannrollenachse ist mit 212 bezeichnet,
die Spannrolle 208 ist mit ihrem Innenteil 250 exzentrisch
entlang einer Achse 214 mit dem Befestigungselement 242 mit
einem Anschlag 240 verbunden. Das Innenteil 250 der
Spannrolle 208 weist eine Angriffsgeometrie 211 für ein Spannwerkzeug 260, vorliegend
eine Sechskantausnehmung zur Aufnahme eines Außensechskants, auf.
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Zum
Spannen des lastfrei über
Antriebs- 202 und Abtriebsrad 204 liegenden Zugmittels 206 wird das
Spannwerkzeug 260 mit der Angriffsgeometrie 211 am
Innenteil 250 der Spannrolle 208 in Eingriff gebracht
und ausgehend von der Montageposition 216 die Spanneinrichtung 218 in
Richtung Spannposition (208) verschwenkt. Dabei nimmt die
Spannkraft zu bis zum höchsten
Spannpunkt (Spannkraftvektor a), von dem aus es zum „Überschnappen" kommt und die Spanneinrichtung 218 unter
der Spannkraft des Zugmittels 206 in die Spannposition (208)
verschwenkt. In der Spannposition (208) kommt ein Ende
des Spannwerkzeugs 260, das in Richtung der dem Befestigungselement 242 zugewandten
Seite der Spannrolle 208 durch das Innenteil 250 hindurchragt
und dort die Funktion eines Gegenanschlags 238 übernimmt,
zur Anlage am Anschlag 240. Die Spanneinrichtung 218 wird
in der Spannposition (208) durch Anziehen der Schraube 236 fixiert.
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- 100
- Aggregatantrieb
- 102
- Antriebsrad
- 104
- Abtriebsrad
- 106
- Zugmittel
- 108
- Spannrolle
(in Spannposition)
- 110
- Verbindungselement
- 111
- Angriffsgeometrie
für ein
Spannwerkzeug
- 112
- erste
Achse
- 114
- zweite
Achse
- 116
- Spannrolle
in Montageposition
- 118
- Spanneinrichtung
- 130
- Lauffläche der
Spannrolle
- 132
- Spannrollenlager
- 133
- Spannrollennabe
- 134
- Spannrollenbefestigungsschraube
- 136
- Spanneinrichtungsbefestigungsschraube
- 138
- Gegenanschlag
- 140
- Anschlag
- 142
- Befestigungsbasis
- 200
- Aggregatantrieb
- 202
- Antriebsrad
- 204
- Abtriebsrad
- 206
- Zugmittel
- 208
- Spannrolle
(in Spannposition)
- 212
- erste
Achse
- 211
- Angriffsgeometrie
für ein
Spannwerkzeug
- 214
- zweite
Achse
- 216
- Spannrolle
in Montageposition
- 218
- Spanneinrichtung
- 230
- ringförmiges drehbares
Rollenelement
- 232
- Spannrollenlager
- 236
- Spanneinrichtungsbefestigungsschraube
- 238
- Gegenanschlag
- 240
- Spannwerkzeug
als Anschlag
- 242
- Befestigungsbasis
- 250
- Innenteil
der Spannrolle
- 260
- Spannwerkzeug
- a
- bei
einem Verschwenken der Spanneinrichtung zwischen Montage- und Spannposition maximal
auftretende resultierende zugmittelspannungsbedingte Spannkraftvektor
- b
- Spannkraftvektor
in Spannposition
- D
- Schnittpunkt
der Spannkraftvektoren bei einem Verschwenken der Spanneinrichtung zwischen
Montage- und Spannposition
- α
- Winkel
zwischen a und b