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Die
Erfindung betrifft ein Antriebssystem, insbesondere eines Verbrennungsmotors,
wobei das Antriebssystem ein Antriebsrad und zumindest ein Abtriebsrad
aufweist, die über zumindest ein Antriebsmittel miteinander
verbunden sind, wobei dem Antriebsmittel ein Spannsystem zugeordnet
ist.
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Derartige
Antriebssysteme sind bekannt. Beispielsweise können mit
dem Antriebssystem Nebenaggregate wie z. B. die Ölpumpe
einer hydraulisch unterstützten Servolenkung angetrieben
werden, indem die Rotation des der Kurbelwelle zugeordneten Antriebrades
mittels des Antriebmittels auf das dem Nebenaggregat zugeordnete
Abtriebsrad übertragen wird, um die beispielhafte Ölpumpe
anzutreiben. Bekannt ist aber auch das Antriebssystem für den
Primärtrieb des Verbrennungsmotors (Kurbelwelle/Nockenwelle)
zu nutzen. Bekannt sind aber auch Systeme, bei denen ein Elektromotor über
ein Antriebsmittel (z. B. Zahnriemen) eine Kugelumlaufspindel antreibt
(riemengetriebene elektrische Servolenkungen).
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Als
Antriebsmittel werden in der Regel endlos ausgeführte Ketten
oder Riemen bzw. Zahnriemen verwendet. Insbesondere das Antriebsmittel
soll bevorzugt mit geringem Wartungsaufwand durch Nachspannen betrieben
werden; denn das Antriebsmittel unterliegt während seines
Betriebes einer kontinuierlichen Längenänderung.
Häufig werden hierzu Spannsysteme verwendet, um das Antriebmittel
unter Spannung zu halten, und damit einen möglichst sicheren
und verschleißfreien Antrieb zu gewährleisten.
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Als
ein Hauptnachteil der Spannsysteme ist anzusehen, daß diese
sehr aufwendig konstruiert und somit selbst sehr wartungsintensiv
sind, so daß der Vorteil des wartungsarmen Antriebssystems
quasi aufgehoben ist. Die aufwendige Konstruktion ergibt sich dabei
aus der Vielzahl von Bauteilen aus denen das Spannsystem aufgebaut
ist.
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Aus
der
DE 10 2005
036 206 A1 ist ein Zugmittelantrieb mit einem Antriebsrad
und einem Abtriebrad bekannt, die über ein Zugmittel miteinander verbunden
sind. An dem Umfang des Zugmittels sind eine druckmittelbetätigte
Spannvorrichtung und eine Führungsschiene mit einem Tragkörper
und einem zugmittelseitig auf dem Tragkörper befestigter
Gleitbelagkörper angeordnet. Die Führungsschiene
ist zumindest teilweise normal zu dem Zugmittel stellbeweglich ausgebildet
und von mindestens einem Federelement in Richtung auf das Zugmittel
mit einer Stellkraft beaufschlagt. Weiter ist die Führungsschiene
mit einem äußeren Anschlag zur Begrenzung einer
von dem Zugmittel weggerichteten Stellbewegung versehen.
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Auch
die
US 1,579,681 offenbart
ein mehrteiliges Spannsystem für eine Antriebskette eines
Antriebssystems. Das Spannsystem soll einem Kettendurchhang entgegenwirken
und ist zweiteilig aus einem Anlageelement und einem Federelement
gebildet. Das Anlageelement liegt flächig auf einer Außenseite
der Antriebskette auf und wird federkraftbedingt gegen diese gedrückt.
In einer Ausgestaltung liegt das Federelement mit einem freien Ende
an einer Innenseite des Gehäuses an, um Schwingungen der Kette
zu dämpfen.
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Die
US 2005/0075204 A1 befaßt
sich mit einer flexiblen Kettenführung, die ein längliches,
federndes Federblatt mit einem festen Ende und einem an der Kette
anliegenden losen Ende aufweist. Das Federblatt erstreckt sich längs
einer Außenseite der Kette um die Kette zu lagern und zu
führen um so Vibrationen zu dämpfen. Gegenüberliegend
zu diesem Dämpfungselement ist zudem ein feststehendes Führungselement
vorgesehen, welches der Spannseite der Kette zugeordnet ist. Beide
Elemente sollen Vibrationen und entstehende Geräusche dämpfen.
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Grundsätzlich
sind verzahnte Antriebsriemen als Antriebsmittel vorteilhaft in
Kraftfahrzeugen bzw. Verbrennungsmotoren einsetzbar. Insbesondere
ist eine ansteigende Anwendung verzahnter Riemen, die auch als Synchronriemen
bezeichnet werden können, in nasser, also in ölhaltiger
Umgebung zu beobachten. Hierbei ist das Antriebssystem in einem
Gehäuse eingehaust, in das Schmiermittel bzw. Öl
gelangt. Üblicherweise ist das Antriebsrad ein der Kurbelwelle
zugeordnetes Zahnrad, welches in einem Ölbad rotiert. Diese „nassen"
Zahnriemen werden beispielsweise in Primärtrieben, aber
auch zum Antreiben von Nebenaggregaten wie z. B. von Ölpumpen
für hydraulische Servolenkungen verwendet. Bei den Primärtrieben
werden relativ aufwendig konstruierte und kostenintensive Spannsysteme
zum Spannen der Zahnriemen eingesetzt. Zum Antreiben von Nebenaggregaten
werden aus Kostengründen derzeit keine Spannsysteme wie
bei den Primärtrieben eingesetzt. Allerdings zeigt ein „nasser"
Zahnriementrieb ohne Spannsystem erheblich reduzierte dynamische
Eigenschaften z. B. bei der Übertragung des Drehmomentes
von dem Antriebrad auf das Abtriebsrad woraus eine sehr kurze Lebensdauer
des Zahnriemens resultiert. Bekannt ist, im Nebenaggregatantrieb
kostenintensive Spannrollen zu verwenden. Aus Kostengründen
soll auf die Spannrollenlösung verzichtet werden, was mittels
des Einsatzes hochelastischer Riemen erreicht werden soll. Der Einsatz
hochelastischer Riemen ist aber aus Gründen einer sehr
aufwendigen Montage und aufgrund der Problematik in der Beherrschung
von Rotationsschwingungen nachteilig.
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Von
daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem
der Eingangs genannten Art mit einem verbesserten Spannsystem zur
Verfügung zu stellen, das einfach aufgebaut und somit kosteneffizienter
ist.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Spannsystem
als monolithisches, also einstückiges Spann- und Anlageelement
ausgeführt ist, das ein festes Ende und ein loses Ende
aufweist, wobei das feste Ende an einem Gehäuse festgelegt
ist, und wobei das lose Ende beweglich an einer Gleitfläche
des Gehäuses anliegt, so daß das monolithische
Spann- und Anlageelement unter Vorspannung mit seinem Anlagebereich
gegen das Antriebsmittel gedrückt wird.
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Insbesondere
für Antriebe von Nebenaggregaten, wie beispielsweise Ölpumpen,
wird somit ein sehr einfach konstruiertes und kosteneffizientes Spannsystem
zur Verfügung gestellt, welches eine Doppelfunktion aufweist.
Zum einen bewirkt das monolithische Spann- und Anlageelement eine
erforderliche Spannung des Antriebsmittels entsprechend der sich
kontinuierlichen Längenänderung des Antriebmittels
aber auch bei kurzzeitigen Spannkraftänderungen des Antriebmittels,
wobei gleichzeitig eine Führung bzw. eine Geräuschminimierung
des Antriebmittels, insbesondere des „nassen" Zahnriemens
erreicht wird.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist das monolithische Spann- und Anlageelement
aus einem einlagigen Federstahl hergestellt, so daß ein
Federblatt gebildet ist. Günstig im Sinne der Erfindung
ist, wenn das monolithische Spann- und Anlageelement aus einem Streifen
gebogen ist, so daß das monolithische Spann- und Anlageelement
bezogen auf eine gedachte Verbindungslinie zwischen seinem festen Ende
und einem Anlagepunkt des losen Endes an der Gleitfläche
des Gehäuses konvex ausgeführt, also von der Verbindungslinie
wegwölbt ist. Natürlich kann das monolithische
Spann- und Anlageelement auch aus anderen geeigneten Werkstoffen
wie z. B. einem thermoplastischen Werkstoff, einem glasfaserverstärkten
Werkstoff (GFK) oder beispielsweise aus einem kohlefaserverstärkten
Werkstoff (CFK) gebildet z. B. laminiert sein.
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Zweckmäßiger
Weise steht das monolithische Spann- und Anlageelement stets unter
Vorspannung, um so Bewegungs- bzw. Spannungstoleranzen des Antriebsmittels
auszugleichen, denn das Antriebsmittel unterliegt bei der Übertragung
des Drehmomentes von dem Antriebsrad zu dem Abtriebsrad stets sich ändernden
Spannungszuständen, die mittels des erfindungsgemäßen
Spannsystems, also dem monolithischen Spann- und Anlageelement ausgeglichen
werden, so daß das Antriebmittel stets einer erforderlichen
Spannkraft ausgesetzt ist.
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In
bevorzugter Ausführung ist das monolithische Spann- und
Anlageelement zur Führung des Antriebsmittels breiter als
das Antriebsmittel ausgeführt, wobei auch möglich
ist, Flanschvorsprünge an Rändern des monolithischen
Spann- und Anlageelementes vorzusehen, so daß das Antriebsmittel
von dem monolithischen Spann- und Anlageelement zumindest von seinem
Anlagebereich umgriffen wird. Damit werden die Führung
und die Geräuschminimierung des Antriebsmittels verbessert.
Selbstverständlich ist der Anlagebereich kein fixer Bereich, sondern ändert
je nach Anlageposition des losen Endes an der Gleitfläche
des Gehäuses seine effektive Länge, worauf weiter
unten näher eingegangen wird.
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Das
Antriebsmittel ist in bevorzugter Ausführung als Zahnriemen
mit einer Zahnseite und einer dazu gegenüberliegenden, äußeren
flachen Seite ausgeführt. Bevorzugter Weise liegt das monolithische
Spann- und Anlageelement mit seinem Anlagebereich an der äußeren,
flachen Seite an. Denkbar ist auch, daß das monolithische
Spann- und Anlageelement an einer Zahnseite des Antriebsmittels
anliegt.
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Vorzugsweise
ist das Antriebsrad als ein der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
zugeordnetes Zahnrad ausgeführt, wobei das Abtriebsrad
als einem Nebenaggregat, das beispielsweise eine Ölpumpe
einer hydraulischen Servolenkung sein kann, zugeordnetes Zahnrad
ausgeführt ist. Beide Zahnräder sind über
das Antriebsmittel miteinander verbunden. Das Abtriebsrad kann aber
auch als ein der Nockenwelle zugeordnetes Zahnrad ausgeführt
sein. Möglich ist, daß das Antriebsystem sowohl
Nockenwellenzahnräder als auch Nebenaggregatzahnräder aufweist,
so daß das Antriebsystem die Nockenwelle bzw. die Nockenwellen
(Primärtrieb) und damit kombiniert das Nebenaggregat antreibt.
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Das
Antriebsystem ist komplett in einem Gehäuse eingehaust,
so daß auch von einem „nassen" Antriebssystem
gesprochen werden kann. Das Kurbelwellenzahnrad läuft in
einem Schmiermittelbad bzw. Ölbad, wobei das Kurbelwellenzahnrad
von dem Antriebmittel teilweise umschlungen wird. Durch die Rotation
des Kurbelwellenzahnrades und der daraus folgenden Übertragung
des Drehmomentes zum Abtriebsrad wird Schmiermittel bzw. Öl
von dem Antriebsmittel mitgenommen, so daß das Antriebsmittel stets
mit einem gewissen Schmierfilm überzogen ist, der zwischen
das Antriebsmittel und den Anlagebereich des monolithischen Spann-
und Anlageelementes gezogen wird, so daß dieser Bereich
ausreichend in seinem Reibungswiderstand herabgesetzt ist. Damit
kann vorteilhaft auf weitere reibungsmindernde Maßnahmen,
wie zum Beispiel auf einen separaten Gleitbelag verzichtet werden.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist die Gleitfläche des Gehäuses,
an welcher das lose Ende des monolithischen Spann- und Anlageelementes
anliegt geradlinig ausgeführt, so daß sich das
lose Ende frei, entweder in Richtung zum festen Ende oder von diesem
wegorientiert, bewegen bzw. gleiten kann. Je nach dem welche Gleitrichtung
das lose Ende ausführt, wird der Anlagebereich größer,
also flacher oder kleiner. Wird der Anlagebereich kleiner weist das
monolithische Spann- und Anlageelement eine stärkere Wölbung
in Richtung zum Antriebsmittel auf. Das Antriebmittel wird so mit
einer größeren Spannkraft beaufschlagt. Denkbar
ist aber auch die Gleitfläche geneigt auszuführen,
wobei auch eine gewölbte Gleitfläche vorgesehen
werden kann. Zusätzlich kann beidseitig oder einseitig
der Gleitfläche ein Anschlag vorgesehen sein, so daß eine
Bewegungsbegrenzung des losen Endes erreichbar ist. Der Gleitkontakt
zwischen dem losen Ende und der Gleitfläche ermöglicht
vorteilhaft die entsprechende Spannbewegung des monolithischen Spann-
und Anlageelementes, bzw. die Beaufschlagung des Antriebmittels
mit der erforderlichen Spannkraft.
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Zur
Festlegung des festen Endes an dem Gehäuse kann ein gehäusefester
Lagerbolzen vorgesehen sein.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt die einzige
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1 ein
Antriebssystem mit einem Spannsystem im Querschnitt.
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1 zeigt
ein Antriebsystem 1. Das Antriebssystem 1 weist
ein Antriebsrad 2 und ein Abtriebsrad 3 auf, die über
ein Antriebsmittel 4 miteinander verbunden sind. Dem Antriebsmittel 4 ist
ein Spannsystem 6 zugeordnet.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Antriebsrad 2 als
ein, einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zugeordnetes Zahnrad,
bzw. Kurbelwellenzahnrad ausgeführt. Das Abtriebsrad 3 ist
als ein, einem Nebenaggregat, beispielsweise einer Ölpumpe
einer hydraulischen Servolenkung eines Kraftfahrzeuges zugeordnetes
Zahnrad, bzw. Ölpumpenzahnrad ausgeführt. Das
Antriebsmittel 4 ist als Zahnriemen mit einer Zahnseite 7 und
einer dazu gegenüberliegenden flachen Seite 8 ausgeführt (Zähne
nur teilweise dargestellt).
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Das
Antriebssystem 1 ist in einem Gehäuse 9 eingehaust,
so daß auch von einem „nassen" bzw. „öligen"
Antriebssystem 1 gesprochen werden kann. Das Gehäuse 9 ist
lediglich Ausschnittsweise dargestellt.
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Das
Spannsystem 6 ist als monolithisches, also einstückiges
Spann- und Anlageelement 11 ausgeführt, das ein
festes Ende 12 und ein loses Ende 13 aufweist.
Das feste Ende 12 ist an dem Gehäuse 9,
vorzugsweise an einem gehäusefesten Lagerbolzen 14 festgelegt.
Das lose Ende 13 liegt beweglich bzw. gleitbeweglich an
einer Gleitfläche 16 des Gehäuses 9 an.
Das monolithische Spann- und Anlageelement 11 liegt mit
seinem Anlagebereich 17 unter Vorspannung an dem Antriebsmittel 4 an.
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Das
monolithische Spann- und Anlageelement 11 ist in dem bevorzugt
dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Federstahl
hergestellt bzw. aus einem einstückigen Federstahlstreifen
gebogen. Bezogen auf eine gedachte Verbindungslinie 18 zwischen
dem festen Ende 12 und einem Anlagepunkt 19 des
losen Endes 13 an der Gleitfläche 16 ist
das Spann- und Anlageelement 11 konvex ausgeführt, also
von der Verbindungslinie 18 weggewölbt. Die gedachte
Verbindungslinie 18 ist kurz gestrichelt dargestellt.
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An
seinem losen Ende 13 weist das Spann- und Anlageelement 11 einen
von der Gleitfläche 16 wegorientierten Abschnitt 21 auf,
so daß im Querschnitt gesehen eine punktförmige
Anlage (Anlagepunkt 19) des losen Endes 13 an
der Gleitfläche 16 gebildet ist.
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Das
monolithische Spann- und Anlageelement 11 steht unter Vorspannung
um so Bewegungs- bzw. Spannungstoleranzen und/oder Längenänderungen
des Antriebsmittels 4 auszugleichen. Hierzu kann das lose
Ende 13 an der Gleitfläche 16 entlang entweder
in Richtung zum festen Ende 12 oder entgegengesetzt gleiten,
wodurch sich die entsprechend eingeleitete Spannkraft auf das Antriebmittel 4 entsprechend ändert.
Damit ändert sich aber auch die effektive Länge
des Anlagebereiches 17.
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Die
Gleitfläche 16 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als geradlinige, ebene Fläche ausgeführt. Natürlich
kann die Gleitfläche 16 auch geneigt oder gewölbt
ausgeführt sein. Möglich ist auch, beidseitig
oder einseitig der Gleitfläche 16 einen Anschlag
vorzusehen um die Gleitbewegung des losen Endes 13 zu begrenzen.
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Das
Spann- und Anlageelement 11 liegt mit seinem Anlagebereich 17 an
der zur Zahnseite 7 gegenüberliegenden flachen
Seite 8 des Antriebsmittels 4 an. Dadurch, daß das
Kurbelwellenzahnrad, bzw. das Antriebsrad 2 in einem Schmiermittelbad bzw.
in einem Ölbad rotiert, zieht das Antriebsmittel 4 bzw.
der Zahnriemen stets etwas Schmiermittel bzw. Öl mit, so
daß das Antriebsmittel 4 stets mit einem Schmiermittel-
bzw. Ölfilm benetzt ist. Der Schmiermittelfilm wird zwischen
den Ablagebereich 17 und der flachen Seite 8 eingezogen,
so daß eine hinreichende Reibwertminimierung erreicht wird,
bzw. die Reibung zwischen dem Antriebmittel 4 und dem Spann-
und Anlageelement vernachlässigbar ist. Damit kann auf
weitere reibungsmindernde Maßnahmen verzichtet werden.
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Selbstverständlich
ist die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
eines nassen Antriebssystems 1 beschränkt, sondern
kann auch in „trockener" Umgebung eingesetzt werden. Anwendbar
ist das Spann- und Anlageelement 11 sowohl bei Synchronantriebsmitteln
als auch bei nicht-synchronen Antriebsmitteln. Das Spann- und Anlageelement 11 kann
natürlich auch an der Zahnseite 7 des Zahnriemens
anliegen. Denkbar ist auch, ein oder mehrere Spann- und Anlageelemente 11 bei
riemengetriebenen elektrischen Servolenkungen zu verwenden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005036206
A1 [0005]
- - US 1579681 [0006]
- - US 2005/0075204 A1 [0007]