DE102008005762A1

DE102008005762A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Änderung der Zugmittelspannung eines Endlostriebs

Info

Publication number: DE102008005762A1
Application number: DE200810005762
Authority: DE
Inventors: Roland Arneth; Niels FLÄMIG; Andrea Schuler
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2009-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Änderung der Zugmittelspannung eines Endlostriebs, insbesondere eines Endlosriementriebs an einem Kraftfahrzeugmotor, mittels eines elektroaktorischen Systems (3), das Bestandteil einer mit dem Zugmittel in Wirkverbindung stehenden Spannvorrichtung ist. Erfindungsgemäß wird mittels des elektroaktorischen Systems derart auf eine Feder, die unter Vorspannung zwischen einer Grundplatte (1) und einem gegenüber der Grundplatte drehbaren Arbeitsexzenter (2) der Spannvorrichtung angeordnet ist, eingewirkt, dass die Federvorspannung und damit indirekt die Zugmittelspannung verändert wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Änderung der Zugmittelspannung eines Endlostriebs, insbesondere eines Endlosriementriebs an einem Kraftfahrzeugmotor, mittels eines elektroaktorischen Systems, das Bestandteil einer mit dem Zugmittel in Wirkverbindung stehenden Spannvorrichtung ist.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen dazu, mittels Änderung der Zugmittelspannung an Endlostrieben auftretenden, unerwünschten dynamischen Größen wie Trumschwingungen, Drehungleichförmigkeiten usw. entgegenzuwirken. Erscheinungen wie Trumschwingungen beispielsweise treten insbesondere im Resonanzbereich auf, das heißt, wenn sich Erregerfrequenz und Eigenfrequenz des Zugmittels überlagern. Die Eigenfrequenz des Zugmittels lässt sich jedoch beeinflussen, indem die freie Länge und/oder die Vorspannung des Zugmittels geändert wer den. Dies erfolgt in bekannter Weise über eine mit dem Zugmittel in Wirkverbindung stehende Spannvorrichtung. Eine solche Spannvorrichtung kann beispielsweise eine beweglich gelagerte Spannrolle oder eine Spannschiene umfassen, die mittels eines Spannelementes quer zur Laufrichtung gegen das Zugmittel gedrückt wird. Die Vorspannung des Zugmittels wird dabei derart hoch gewählt, dass selbst im Resonanzbereich unerwünschte Schwingungen des Zugmittels vermieden werden.
Außerhalb des Resonanzbereiches bedarf es jedoch keiner derart hohen Zugmittelvorspannung. Da zu hohe Spannungen zu einem vorzeitigen Verschleiß des Zugmittels und zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen können, ist es demnach wünschenswert, den Betrieb grundsätzlich bei einer geringeren Zugmittelspannung führen zu können. Abhilfe schaffen Vorrichtungen, die eine Änderung der Zugmittelspannung während des Betriebes ermöglichen.
Aus der DE 199 59 521 A1 ist eine Spannvorrichtung bekannt, die eine Beeinflussung der Zugmittelspannung während des Betriebes ermöglichen soll, um beispielsweise Kraftspitzen bei schwankenden Antriebs- und Lastmomenten im Zugtrum zu mindern bzw. zu dämpfen. Die beschriebene Spannvorrichtung weist hierzu einen dynamisch stellbaren und frei steuerbaren Aktor als Spannelement auf, der eine am Zugtrum des Endlostriebes anliegende Spannschiene bewegt. Die Bewegung bewirkt eine Auslenkung der Spannschiene gegen das Zugmittel, wodurch die Spannung des Zugmittels verändert wird. Die Auslenkung der Spannschiene soll mittels des Aktors regelbar und damit die Spannung im Zugtrum einstellbar sein. Als Aktor wird ein Piezoaktor vorgeschlagen. Aufgrund der kleinen Stellwege eines solchen Aktors sind die Einstellmöglichkeiten im Hinblick auf die Zugmittelspannung jedoch begrenzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Änderung der Zugmittelspannung eines Endlostriebes bereit zu stellen. Insbesondere sollen Verfahren und Vorrichtung möglichst variabel im Hinblick auf die Einstellungsmöglichkeiten sein.
Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird derart auf eine Feder, die unter Vorspannung zwischen einer Grundplatte und einem gegenüber der Grundplatte drehbaren Arbeitsexzenter angeordnet ist, eingewirkt, das die Federvorspannung und damit indirekt die Zugmittelspannung verändert wird. Es sind demnach wenigstens zwei Spannelemente vorgesehen, mittels derer die Einstellung und Änderung der Zugmittelspannung vorgenommen werden kann. Unterscheiden sich die Spannelemente beispielsweise hinsichtlich ihrer Funktionsweise, kann besonders flexibel auf die jeweils vorherrschende Situation, die gegebenenfalls eine Änderung der Zugmittelspannung erfordert, reagiert werden. Zur Einstellung der Zugmittelvorspannung kann beispielsweise lediglich das eine Spannelement eingesetzt werden, wobei zur Änderung der Zugmittelspannung, beispielsweise zur Dämpfung auftretender Trumschwingungen, der Einsatz des anderen Spannelementes erfolgt. Vorliegend wird die Einstellung der Zugmittelvorspannung bevorzugt durch die Vorspannung der Feder vorgenommen. Das elektroaktorische System dagegen dient bevorzugt der aktiven Schwingungsdämpfung.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Feder eine Torsionsfeder, deren Enden eingespannt sind. Zur Änderung Federvorspannung wird die Einspannlage wenigstens eines Endes der Feder mittels des elektroaktorischen Systems verstellt. Zur Einspannung der Federenden sind an der Spannvorrichtung Federeinhängepunkte vorgesehen. Je nach Lage und Ausbildung der Federeinhängepunkte kann mittels des elektroaktorischen Systems auf ein Ende oder beide Enden der Feder direkt oder indirekt lageverändert eingewirkt werden.
Weiterhin bevorzugt wird ein Piezoaktor, beispielsweise ein piezoelektrischer Linear-Aktor oder ein aus mehreren piezoelektrischen Linear-Aktoren beste hender Piezostapel, als elektroaktorisches System eingesetzt. Piezoaktoren werden vorrangig dort eingesetzt, wo hohe Lasten über kleinere Strecken präzise justiert und gegebenenfalls über kleine Amplituden dynamisch nachgeregelt werden müssen, beispielsweise bei der Schwingungsdämpfung. Denn Piezoaktoren können große Stellkräfte in sehr kurzer Zeit erzeugen. Der Stellweg liegt dabei im μm-Bereich. Es können aber auch Stellwege von einigen Millimetern erreicht werden.
Piezoaktoren in Stapelbauweise zeichnen sich durch hohe Stellkräfte aus. Gleichzeitig werden jedoch nur geringe Stellwege erzielt. Vorzugsweise wird daher der Stellweg des eingesetzten Piezoaktors mittels Übersetzung vergrößert. Weiterhin bevorzugt wird hierzu ein hydrostatischer Wegübersetzer eingesetzt, der nach dem hydrostatischen Prinzip arbeitet. Über den Druck eines eingeschlossenen Fluids wird der bei einer großen Kraft erzeugte Stellweg des Aktors entsprechend eines vorgegebenen Flächenverhältnisses vergrößert. Derartige Systeme sind in kompakter Bauweise zu realisieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Federvorspannung durch den Stellweg des Piezoaktors und die Federkonstante der Feder beeinflusst. Letztere wird entsprechend dem Einsatzzweck gewählt und auf das einzusetzende elektroaktorische System abgestimmt.
Das elektroaktorische System ist weiterhin bevorzugt steuer- und/oder regelbar, wobei die Steuerung bzw. Regelung in Abhängigkeit von anliegenden Betriebsparametern, beispielsweise der Motordrehzahl, erfolgt. Zusätzliche Sensoren zur Erfassung von Schwingungen oder dergleichen sind daher nicht erforderlich, so dass das elektroaktorische System in Form einer einfachen kompakten Baueinheit ohne Verbindung zu einer weiteren Auswerteeinheit in die Spannvorrichtung integriert werden kann. Eine derartige Baueinheit ist auch besonders kostengünstig herstellbar. Neben der Motordrehzahl können aber auch andere Betriebsparameter zur Steuerung bzw. Regelung des elektroaktorischen Systems eingesetzt werden.
Das vorstehend beschrieben erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch Einsatz eines elektroaktorischen Systems als zusätzliches Stellglied einer Spannvorrichtung unerwünschten Trumschwingungen oder Drehungleichförmigkeiten aktiv entgegen zu wirken. Entsprechend kann die voreingestellte Zugmittelspannung geringer gewählt werden, da Lastspitzen durch das erfindungsgemäße Verfahren dynamisch kompensiert werden können.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Änderung der Zugmittelspannung eines Endlostriebs, insbesondere eines Endlosriementriebs an einem Kraftfahrzeugmotor. Diese Vorrichtung umfasst eine Grundplatte und einen Arbeitsexzenter, der gegenüber der Grundplatte drehbar ist, sowie eine Feder, die unter Vorspannung zwischen der Grundplatte und dem Arbeitsexzenter angeordnet ist. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung ferner ein elektroaktorisches System zur Änderung der Federvorspannung und damit zur indirekten Änderung der Zugmittelspannung.
Die Feder ist vorzugsweise eine Torsionsfeder, deren Enden eingespannt sind. Zur Änderung der Federvorspannung kann die Einspannlage wenigstens eines Endes mittels des elektroaktorischen Systems verändert werden. Bevorzugt weist die Vorrichtung zum Einspannen der Federenden bei auf die Grundplatte aufgesetztem Arbeitsexzenter wenigstens einen von zwei sich radial erstreckenden Flanken begrenzten Spalt als Federeinhängepunkt auf. An den Flanken liegen die Federenden unter Vorspannung an. Durch eine Drehbewegung des Arbeitsexzenters gegenüber der Grundplatte lässt sich der Abstand der sich radial erstreckenden Flanken wie auch der Federenden zueinander verändern. Dabei verändert sich auch die Federvorspannung. Das elektroaktorische System ist bevorzugt derart im Bereich der Federeinhängepunkte angeordnet, dass es eine Flanke des als Federeinhängepunkt ausgebildeten Spaltes bildet. Auch ohne Drehung des Arbeitsexzenters gegenüber der Grundplatte kann nunmehr durch Aktivierung des elektroaktorischen Systems die Spaltbreite eines Federeinhängepunktes verändert und damit die Federvorspannung beeinflusst werden. Darüber hinaus können die Federeinhängepunkte auch umfangseitig verteilt angeordnet sein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das elektroaktorische System einen Piezoaktor, der an der Grundplatte und/oder dem Arbeitsexzenter befestigt ist. Durch eine Befestigung an der Grundplatte und dem Arbeitsexzenter lässt sich die Wirkung des Piezoaktors erhöhen.
Weiterhin bevorzugt erweist sich die erfindungsgemäße Vorrichtung als zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Verfahren geeignet.
Neben den bereits genannten Vorteilen zeichnet sich die Vorrichtung durch eine kompakte Bauweise und leichte Handhabbarkeit aus. Indem auf aufwendige Sensorelektronik zur Steuerung des Systems verzichtet wird, erweist sich die Vorrichtung zudem als robust und wenig störanfällig.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel soll anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Grundplatte,
2 eine perspektivische Ansicht eines Arbeitsexzenters,
3 eine Wirkprinzipskizze eines Wegvergrößerungssystems.
Den 1 und 2 sind zwei grundsätzlich bekannte Komponenten einer Spannvorrichtung, eine Grundplatte 1 und ein Arbeitsexzenter 2 zu entnehmen. Im Unterschied zu einer herkömmlichen Spannvorrichtung weist die Spannvorrichtung entsprechend den 1 und 2 jedoch einen Piezoaktor 3 als zusätzliches Stellglied auf. Die Blockpfeile A zeigen die Wirkrichtung des Piezoaktors an.
Gemäß 2 ist der Piezoaktor 3 derart umfangseitig angeordnet, dass er mit dem Arbeitsexzenter 2 einen Spalt 4 als Federeinhängepunkt ausbildet. An den Spaltflanken kommen die Enden einer (nicht dargestellten) Torsionsfeder zu liegen. Die Feder ist vorgespannt. Wird nunmehr an den Piezoaktor 3 eine elektrische Spannung angelegt, dehnt sich der Piezoaktor aus. Die Stellkraft des Piezoaktors 3 ist derart ausgelegt, dass die Federenden zusammengedrückt werden und sich dadurch die Federvorspannung erhöht. Mittels der dargestellten Vorrichtung konnten beispielsweise folgende Momentvergrößerungen bewirkt werden:
Ausgehend von einer Nennposition von 230° besaß die eingesetzte Feder ein Moment von 2310 Nmm bei einer Federrate von 23,3 Nmm/°. Eine Veränderung der Position auf 240° bewirkte ein Federmoment von 2543 Nmm und eine Veränderung der Position auf 253° ein Moment von 2840 Nmm.
Ist eine Vergrößerung des Stellweges des elektroaktorischen Systems erwünscht kann eine Wegvergrößerung mittels eines hydrostatischen Wegübersetzers erfolgen. Das Wirkprinzip wird nachfolgend anhand der Darstellung eines im Stand der Technik bekannten Systems in 3 erläutert. Dem Fachmann wird klar sein, dass neben dem hydrostatischen Wegübersetzer auch eine mechanische Wegübersetzung denkbar ist.
In einer Rahmenstruktur, in der der Piezoaktor 3, hier ein Aktor in Stapelbauweise, gehalten wird, befinden sich ein mit einem Fluid gefüllter Körper, der unterschiedlich große Wirkflächen A1 und A2 besitzt. Der Körper ist als Faltenbalg ausgebildet und demnach in seiner Form veränderbar. Die aufgrund der Ausdehnung des Piezoaktors auf die Fläche A1 wirkende Stellkraft s1 bewirkt, dass der Faltenbalg in diesem Bereich zusammengedrückt wird. Das Fluid bewegt sich dabei in den Bereich des Faltenbalges mit der kleiner Fläche A2, der sich dadurch ausdehnt. Aufgrund des vorgegebenen Flächenverhältnisses findet eine Übersetzung der Kraft in der Weise statt, dass der Stellweg des Piezoaktors vergrößert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19959521 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Änderung der Zugmittelspannung eines Endlostriebs, insbesondere eines Endlosriementriebs an einem Kraftfahrzeugmotor, mittels eines elektroaktorischen Systems (3), das Bestandteil einer mit dem Zugmittel in Wirkverbindung stehenden Spannvorrichtung ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des elektroaktorischen Systems derart auf eine Feder, die unter Vorspannung zwischen einer Grundplatte (1) und einem gegenüber der Grundplatte drehbaren Arbeitsexzenter (2) der Spannvorrichtung angeordnet ist, eingewirkt wird, dass die Federvorspannung und damit indirekt die Zugmittelspannung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Torsionsfeder ist, deren Enden eingespannt sind, und zur Änderung der Federvorspannung die Einspannlage wenigstens eines Endes der Feder mittels des elektroaktorischen Systems verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Piezoaktor als elektroaktorisches System (3) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellweg des Piezoaktors mittels Übersetzung vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorspannung durch den Stellweg des Piezoaktors und die Federkonstante beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroaktorische System (3) steuer- und/oder regelbar ist und die Steuerung bzw. Regelung in Abhängigkeit von anliegenden Betriebsparametern, beispielsweise der Motordrehzahl, erfolgt.
Vorrichtung zur Änderung der Zugmittelspannung eines Endlostriebs, insbesondere eines Endlosriementriebs an einem Kraftfahrzeugmotor, mit einer Grundplatte (1) und einem Arbeitsexzenter (2), der gegenüber der Grundplatte drehbar ist, sowie einer Feder, die unter Vorspannung zwischen der Grundplatte und dem Arbeitsexzenter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner ein elektroaktorisches System (3) zur Änderung der Federvorspannung und damit zur indirekten Änderung der Zugmittelspannung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Torsionsfeder ist, deren Enden eingespannt sind, und dass zur Änderung der Federvorspannung die Einspannlage wenigstens eines Endes mittels des elektroaktorischen Systems (3) veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroaktorische System (3) einen Piezoaktor umfasst, der an der Grundplatte (1) und/oder dem Arbeitsexzenter (2) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 geeignet ist.