DE102007055547A1

DE102007055547A1 - Riemenspannvorrichtung

Info

Publication number: DE102007055547A1
Application number: DE200710055547
Authority: DE
Inventors: Niels FLÄMIG; Andrea Schuler
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2009-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Zugmittelbetrieb, in welchen unter anderem der Antrieb eines zugmittelgetriebenen Starter-Generators (3) einer Brennkraftmaschine miteinbezogen ist, bestehend aus einer mit dem Zugmitteltrieb in Kontakt stehenden Spannrolle (5), welche mittels eines Spanngestells (6) um einen Punkt (7) drehbar gelagert ist und über ein Spannelement (8) an den Zugmitteltrieb anpressbar ist, wodurch die Spannung des Zugmittels (1) veränderbar ist, wobei ferner das Spannelement (8) eine lineare Feder (12) und mindestens ein Piezoelement (9) umfasst, welches durch eine elektrische Ansteuerung gezielt seine Länge und somit die Vorspannung der Feder (12) verändert und durch die somit variierte Federkraft über das Spanngestell (6) und die Spannrolle (5) eine Änderung der Spannung des Zugmittels (1) bewirkt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, in welchen unter anderem der Antrieb eines zugmittelgetriebenen Starter-Generators einer Brennkraftmaschine mit einbezogen ist, bestehend aus einer mit dem Zugmitteltrieb in Kontakt stehenden Spannrolle, welche mittels eines Spanngestells um einen Punkt drehbar gelagert ist und über ein Spannelement an den Zugmitteltrieb anpressbar ist, wodurch die Spannung des Zugmittels veränderbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Bei Brennkraftmaschinen werden sogenannte Aggregate-Zugmitteltriebe eingesetzt, um die Aggregate der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Wasserpumpe, Klimakompressor, Lenkhilfepumpe und Starter-Generator, zu betreiben. Hierbei verbindet das Zugmittel, im Allgemeinen ein Riemen, die Riemenscheiben der einzelnen Aggregate mit einer Riemenscheibe der Kur belwelle. Der Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine bewirkt eine Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle, was in Kombination mit großen Zugmittellängen dynamische Effekte, insbesondere Schwingungen, im Zugmitteltrieb verursacht. Diese Schwingungen führen zu einer Verminderung der Lebensdauer des Zugmittels. Zudem führt eine temperaturbedingte Veränderung des Zugmittelmaterials während des Betriebes und eine Längenänderung aufgrund von Alterung und Verschleiß des Zugmittels zu einer Änderung von dessen Spannung. Aus diesem Grunde sind heutzutage bei Zugmitteltrieben Spannvorrichtungen vorgesehen, welche starke Schwingungen des Zugmittels abdämpfen und eine nahezu konstante Spannung des Zugmittels garantieren.
Bei Zugmitteltrieben mit einem riemengetriebenen Starter-Generator ist zudem beim Starten der Brennkraftmaschine über den Starter-Generator eine wesentlich höhere Riemenvorspannung nötig als während eines Antriebes des Starter-Generators über die Brennkraftmaschine. Um die Voraussetzung zum Starten der Brennkraftmaschine zu erfüllen, wird zumeist diese hohe notwendige Riemenspannung im gesamten Betriebsbereich vorgesehen, sie vermindert allerdings die Lebensdauer des Zugmitteltriebs und erhöht die Reibungsverluste im System.
Stand der Technik
In der DE 101 53 329 A1 ist bereits eine Riemenübertragungsvorrichtung offenbart, über welche sich zwei unterschiedliche Riemenspannungen, zum Anlassen des Motors und zum Betreiben des Motors, realisieren lassen, um das oben geschilderte Problem zu beseitigen. Hierzu kann eine Spannrolle, welche auf einer Rolleneinheit drehbar um einen Punkt gelagert ist, mittels einer Spanneinheit gegen den Zugmitteltrieb gepresst werden. Durch die Spanneinheit, welche als elektromagnetisches, hydraulisches oder thermostatisches Stellglied ausgebildet sein kann, sind hierbei unterschiedliche Anpressdrücke realisierbar.
In der DE 102 25 268 A1 ist eine Spannvorrichtung offenbart, bei welcher mittels eines Spindeltriebes und einer erneut schwenkbar gelagerten Spannrolle unterschiedliche Zugmittelspannungen realisierbar sind. Auch hierbei können beim Starten der Brennkraftmaschine und beim Betrieb derselbigen unterschiedliche Riemenspannungen realisiert und somit die Lebensdauer des Zugmitteltriebs erhöht werden.
Nachteilhaft am bekannten Stand der Technik ist, dass die elektromagnetischen, hydraulischen oder mechanischen Systeme ein hohes Gewicht und/oder einen hohen Herstellungsaufwand aufweisen.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb zu schaffen, bei welcher unterschiedliche Spannungen des Zugmitteltriebes realisierbar sind und gleichzeitig ein niedriger Herstellungsaufwand besteht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Spannelement eine lineare Feder und mindestens ein Piezoelement umfasst, welches durch eine elektrische Ansteuerung gezielt seine Länge und somit die Vorspannung der Feder verändert. Die dadurch variierte Federkraft bewirkt über das Spanngestell und die Spannrolle eine Änderung der Spannung des Zugmittels. Vorteilhaft ist hierbei, dass sich durch die Verwendung eines Piezoelements ein Stellelement mit niedrigem Gewicht und Herstellungsaufwand realisieren lässt, während gleichzeitig über eine entsprechende elektrische Ansteuerung des Piezoelements und dessen Längenänderung als Reaktion eine variable Gestaltung der Spannung des Zugmittels möglich ist.
In Weiterbildung der Erfindung sind über das mindestens eine Piezoelement wenigstens zwei unterschiedliche Spannungen des Zugmittels realisierbar.
Durch diese Maßnahme kann beim Starten der Brennkraftmaschine eine höhere Spannung eingestellt werden, während beim späteren Betrieb die Spannung des Zugmittels auf das nun nötige Maß reduziert wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Lebensdauer des Zugmittels und zu einer Reduzierung der Reibungsverluste.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Längenänderung des mindestens einen Piezoelements durch ein hydraulisches Übersetzungssystem in Bezug auf die Vorspannung der Feder verstärkt. Durch diese Maßnahme lässt sich die geringe realisierbare Längenänderung eines Piezoelements in zufriedenstellender Weise vergrößern, während gleichzeitig ein hydraulisches Übersetzungssystem eine platzsparende Lösung darstellt.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Längenänderung des mindestens einen Piezoelements durch ein mechanisches Übersetzungssystem in Bezug auf die Vorspannung der Feder verstärkbar. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine Verstärkung der Längenänderung des Piezoelements mit niedrigem Herstellungsaufwand möglich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Piezoelement als Piezoschrittantrieb ausgeführt und dadurch im Bezug auf die Vorspannkraft der Feder verstärkbar. Denn ein derartiger Antrieb ermöglicht durch eine Aneinanderreihung von Scher- und Klemmbewegungen einen nahezu unbegrenzten Stellweg. Dies ermöglicht eine robuste und kompakte Bauweise.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Zugmitteltrieb ein Riementrieb. Dadurch wird eine zuverlässige Antriebsverbindung der Kurbelwelle mit dem Starter-Generator und den anhängigen Verbrauchern verwirklicht.
In Weiterbildung der Erfindung umfasst das Spannelement zusätzlich ein Hydraulikelement. Durch diese Maßnahme wird eine Dämpfung des Zugmitteltriebes mit in das Spannelement integriert und somit eine kompakte Anordnung möglich.
Ausführungsbeispiel
Weitere, die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht eines Zugmitteltriebes, welcher eine erfindungsgemäßen Spannvorrichtung aufweist. Über ein Zugmittel 1 steht eine Kurbelwelle 2 einer Brennkraftmaschine mit einem Starter-Generator 3 und einem Verbraucher 4, beispielsweise einem Klimakompressor, in Verbindung. Um für den Betrieb des Zugmitteltriebs eine ausreichende Spannung zu garantieren, ist zudem zwischen der Kurbelwelle 2 und dem Starter-Generator 3 eine Spannrolle 5 angeordnet. Diese Spannrolle 5 ist auf einem Spanngestell 6 montiert, welches um einen Schwenkpunkt 7 drehbar gelagert ist. An dem dem Schwenkpunkt 7 gegenüberliegenden Ende des Spanngestells 6 ist dieses mit einem Spannelement 8 verbunden. Das Spannelement 8 umfasst ein Piezoelement 9, welches in Reihe mit einem hydraulischen Übersetzungssystem 10 geschaltet ist, sowie eine lineare Feder 12. Dieses hydraulische Übersetzungssystem 10 ist in dem Fachmann bekannter Art und Weise aufgebaut. Dem Fachmann wird zudem klar sein, dass an Stelle des hydraulischen Übersetzungssystems 10 auch andere Systeme zur Vergrößerung einer Längenänderung des Piezoelements 9, beispielsweise ein Hebelsystem oder ein Piezoschrittantrieb, verwendet werden können. Die Feder 12 und die beiden Einheiten Piezoelement 9 und hydraulisches Übersetzungssystem 10 sind zudem mit einem Hydraulikelement 11 parallel geschaltet.
Im Betrieb wird eine gewünschte Spannung des Zugmittels 1 über ein Schwenken der Spannrolle 5 und des Spanngestells 6 um den Schwenkpunkt 7 eingestellt. Hierbei sind zumindest zwei unterschiedliche Spannungen des Zugmittels 1 möglich: Beim Starten der Brennkraftmaschine wird die Kurbelwelle 2 mittels des Zugmittels 1 über den Starter-Generator 3 angetrieben, wobei eine hohe Spannung des Zugmittels 1 nötig ist; bei laufender Brennkraftmaschine wird dagegen der Starter-Generator 3 über die Kurbelwelle 2 betrieben, wobei hier eine niedrigere Spannung des Zugmittels 1 als beim Starten der Brennkraftmaschine benötig wird. Diese beiden unterschiedlichen Spannungen des Zugmittels 1 lassen sich über eine entsprechende elektrische Ansteuerung des Piezoelements 9 einstellen. Hierbei wird eine Längenänderung des Piezoelements 9 durch das hydraulische Übersetzungssystem 10 entsprechend verstärkt und die Feder zusammengedrückt bzw. entspannt. Die dadurch veränderte Federkraft bewirkt über das Schwenken der Spannrolle 5 und des Spanngestells 6 um den Schwenkpunkt 7 eine Änderung der Spannung des Zugmittels 1. Schwingungen des Zugmittels 1 werden zudem bei Betrieb der Brennkraftmaschine durch das Hydraulikelement 11 abgedämpft.

1: Zugmittel
2: Kurbelwelle
3: Starter-Generator
4: Verbraucher
5: Spannrolle
6: Spanngestell
7: Schwenkpunkt Spanngestell
8: Spannelement
9: Piezoelement
10: Hydraulisches Übersetzungssystem
11: Hydraulikelement
12: Feder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10153329 A1 [0004]
- DE 10225268 A1 [0005]

Claims

Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb, in welchen unter anderem der Antrieb eines zugmittelgetriebenen Starter-Generators (3) einer Brennkraftmaschine mit einbezogen ist, bestehend aus einer mit dem Zugmitteltrieb in Kontakt stehenden Spannrolle (5), welche mittels eines Spanngestells (6) um einen Punkt (7) drehbar gelagert ist und über ein Spannelement (8) an den Zugmitteltrieb anpressbar ist, wodurch die Spannung des Zugmittels (1) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (8) eine lineare Feder (12) und mindestens ein Piezoelement (9) umfasst, welches durch eine elektrische Ansteuerung gezielt seine Länge und somit die Vorspannung der Feder (12) verändert und durch die somit variierte Federkraft über das Spanngestell (6) und die Spannrolle (5) eine Änderung der Spannung des Zugmittels (1) bewirkt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über das mindestens eine Piezoelement (9) wenigstens zwei unterschiedliche Spannungen des Zugmittels (1) realisierbar sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längenänderung des mindestens einen Piezoelementes (9) durch ein hydraulisches Übersetzungssystem (10) im Bezug auf die Vorspannung der Feder (12) verstärkbar ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längenänderung des mindestens einen Piezoelementes (9) durch ein mechanisches Übersetzungssystem im Bezug auf die Vorspannung der Feder (12) verstärkbar ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Piezoelement (9) als Piezoschrittantrieb ausgeführt ist und dadurch im Bezug auf die Vorspannung der Feder (12) verstärkbar ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugmitteltrieb ein Riementrieb ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (8) ein Hydraulikelement (11) umfasst.