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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Spannen eines wechselnd
beaufschlagten Zugmittels, insbesondere eines zwischen einer Kurbelwelle und
einem Starter-Generator einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit
Gehäuse wirksamen Riemens, umfassend eine erste Spannrolle
zum Spannen eines ersten Trums des Zugmittels und eine zweite Spannrolle
zum Spannen eines zweiten Trums des Zugmittels.
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Insbesondere
im Hinblick auf Kraftstoffeffizienz können Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen
mit einem Starter-Generator ausgerüstet werden. Besonders
einfach ist ein Starter-Generator im Nebenaggregateantrieb, üblicherweise
einem Riementrieb, zu adaptieren. Dieser Riementrieb umfasst dann
eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe, eine startergeneratorseitige
Riemenscheibe und einen Riemen.
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In
einem Generatorbetrieb erfolgt bei laufender Brennkraftmaschine
ein Antrieb ausgehend von der Brennkraftmaschine, wobei die Antriebskraft
mittels des Riemens von der kurbelwellenseitigen Riemenscheibe auf
die startergeneratorseitige Riemenscheibe übertragen wird.
In Riemenzugrichtung gesehen bildet dabei der Riemen zwischen kurbelwellenseitiger
Riemenscheibe und startergeneratorseitiger Riemenscheibe ein Lostrum
und zwischen startergeneratorseitiger Riemenscheibe und kurbelwellenseitiger
Riemenscheibe ein Zugtrum.
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In
einem Starterbetrieb erfolgt zum Starten der Brennkraftmaschine
ein Antrieb ausgehend vom Starter-Generator, wobei die Antriebskraft
mittels des Riemens von der startergeneratorseitigen Riemenscheibe
auf die kurbelwellenseitige Riemenscheibe übertragen wird.
In Riemenzugrichtung gesehen bildet dabei der Riemen zwischen startergeneratorseitiger
Riemenscheibe und kurbelwellenseitiger Riemenscheibe ein Lostrum
und zwischen kurbelwellenseitiger Riemenscheibe und startergeneratorseitiger Riemenscheibe
ein Zugtrum.
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Aufgrund
der zwischen Starterbetrieb und Generatorbetrieb jeweils wechselnden
Zugrichtung des Riemens wird bei einem Wechsel der Betriebsart das
Zugtrum zum Lostrum und umgekehrt.
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Zum
Spannen eines derartigen wechselnd beaufschlagten Zugmittels wird üblicherweise
eine Spanneinrichtung mit einer ersten Spannrolle zum Spannen des
einen Trums des Zugmittels und eine zweite Spannrolle zum Spannen
des anderen Trums des Zugmittels verwendet.
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Aus
der
DE 10 2004
006 907 A1 ist ein Spannsystem für einen Zugmitteltrieb
bekannt, das zwei Spanneinrichtungen aufweist. Der erforderliche Bewegungsraum
dieser Spanneinrichtungen bedingt allerdings einen sehr großen
Bauraum. Eine andere Lösung ist mit der
DE 10 2006 023 773 A1 offenbart, der
zufolge der Starter-Generator verschwenkbar und spannkraftbeaufschlagt
angeordnet ist. Auch diese Lösung erfordert wegen dem Schwenkraum des
Starter-Generators einen sehr großen Bauraum.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte
Spanneinrichtung bereit zu stellen, die einerseits ein Spannen beider Trums
des Zugmittels ermöglicht und die andererseits einen nur
geringen Bauraumraum benötigt.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Spanneinrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1, indem die erste und die zweite
Spannrolle auf einer gemeinsamen, um einen brennkraftmaschinengehäusefesten
Punkt verschwenkbaren und spannkraftbeaufschlagten Trageinrichtung
angeordnet sind und die Zugmittelkraft des ersten Trums und die
Zugmittelkraft des zweiten Trums bezüglich einer Verschwenkbewegung
der Trageinrichtung um den Punkt gleichsinnig auf die Trageinrichtung
wirken. Dabei kommt es auf die an den Spannrollen wirkenden resultierenden
Riemenkräfte in Bezug zum Verschwenkpunkt der Trageinrichtung
an.
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Besonders
zu bevorzugende Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Vorzugsweise
wirkt die erste Spannrolle mit der Zugmittelaußenseite
und die zweite Spannrolle mit der Zugmittelinnenseite zusammen.
Dabei sind die Umschlingungswinkel an den Spannrollen gleich gerichtet.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen wirken
die erste Spannrolle und die zweite Spannrolle mit der Zugmittelaußenseite
zusammen oder die erste Spannrolle und die zweite Spannrolle wirken mit
der Zugmittelinnenseite zusammen. Dabei sind jeweils die Umschlingungswinkel
an den Spannrollen einander entgegen gerichtet.
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Sehr
vorteilhaft ist es, wenn der Umschlingungswinkel des Zugmittels
an der ersten Spannrolle und der Umschlingungswinkel des Zugmittels
an der zweiten Spannrolle derart gewählt ist, dass unter
Berücksichtigung der abhängig von der Zugrichtung
unterschiedlichen Antriebsmomente von Starter-Generator oder Brennkraftmaschine
jeweils eine zumindest annähernd gleiche resultierende
Kraft auf die Trageinrichtung wirkt. Für den Starterbetrieb
und für den Generatorbetrieb kann dann eine gemeinsame optimale
Spannkraftbeaufschlagung der Trageinrichtung eingestellt werden.
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Nachfolgend
wird ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert,
dabei zeigen schematisch und beispielhaft
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1a eine
Spanneinrichtung mit zwei auf einer gemeinsamen, Trageinrichtung
angeordnet Spannrollen für einen Riementrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
umfassend eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe und eine startergeneratorseitig
Riemenscheibe, wobei eine Spannrolle mit der Zugmittelinnenseite
und die andere Spannrolle mit der Zugmittelaußenseite zusammenwirkt,
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1b eine
Spanneinrichtung mit zwei auf einer gemeinsamen, Trageinrichtung
angeordnet Spannrollen für einen Riementrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
umfassend eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe und eine startergeneratorseitig
Riemenscheibe, wobei eine Spannrolle mit der Zugmittelinnenseite
und die andere Spannrolle mit der Zugmittelaußenseite zusammenwirkt,
im Generatorbetrieb,
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1c eine
Spanneinrichtung mit zwei auf einer gemeinsamen, Trageinrichtung
angeordnet Spannrollen für einen Riementrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
umfassend eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe und eine startergeneratorseitig
Riemenscheibe, wobei eine Spannrolle mit der Zugmittelinnenseite
und die andere Spannrolle mit der Zugmittelaußenseite zusammenwirkt,
im Starterbetrieb,
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2a eine
Spanneinrichtung mit zwei auf einer gemeinsamen, Trageinrichtung
angeordnet Spannrollen für einen Riementrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
umfassend eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe und eine startergeneratorseitig
Riemenscheibe, wobei beide Spannrollen mit der Zugmittelaußenseite
zusammenwirken, im Generatorbetrieb,
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2b eine
Spanneinrichtung mit zwei auf einer gemeinsamen, Trageinrichtung
angeordnet Spannrollen für einen Riementrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
umfassend eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe und eine startergeneratorseitig
Riemenscheibe, wobei beide Spannrollen mit der Zugmittelaußenseite
zusammenwirken, im Starterbetrieb,
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3a eine
Spanneinrichtung mit zwei auf einer gemeinsamen, Trageinrichtung
angeordnet Spannrollen für einen Riementrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
umfassend eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe und eine startergeneratorseitig
Riemenscheibe, wobei beide Spannrollen mit der Zugmittelinnenseite
zusammenwirken, im Generatorbetrieb und
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3b eine
Spanneinrichtung mit zwei auf einer gemeinsamen, Trageinrichtung
angeordnet Spannrollen für einen Riementrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
umfassend eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe und eine startergeneratorseitig
Riemenscheibe, wobei beide Spannrollen mit der Zugmittelinnenseite
zusammenwirken, im Starterbetrieb.
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1a zeigt
eine Spanneinrichtung 100 mit zwei auf einer gemeinsamen
Trageinrichtung 110 angeordnet Spannrollen 106, 108 für
einen Riementrieb einer hier nicht näher gezeigten Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
umfassend eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe 102 und
eine startergeneratorseitig Riemenscheibe 104.
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Dieser
Riementrieb ist an der Stirnseite der Brennkraftmaschine, beispielsweise
bei Längseinbau vorne, angeordnet. Die Brennkraftmaschine
umfasst eine Kurbelwelle, mit der die Riemenscheibe 102 drehfest
verbunden ist. Mit einem Starter-Generator, der in einer ersten
Betriebsart als Starter und in einer zweiten Betriebsart als Generator
betreibbar ist, ist die Riemenscheibe 104 drehfest verbunden. Die
Riemenscheiben 102 und 104 sind mittels eines Riemens 120 antriebsverbunden.
Der Riemen 120 ist vorzugsweise ein Keilriemen, Keilrippenriemen
oder Zahnriemen, gegebenenfalls kann jedoch auch ein anderes biegeflexibles
Zugmittel oder ein Zugmittel mit gelenkverbundenen Gliedern eingesetzt
werden. Auch wenn gemäß der vorliegenden Darstellung
der Riemen 120 lediglich die kurbelwellenseitige Riemenscheibe 102 und
die startergeneratorseitige Riemenscheibe 104 verbindet,
kann der Riementrieb auch weitere Nebenaggregate, wie Lenkhelfpumpe, Unterdruckpumpe,
Klimakompressor, Sekundärluftpumpe, Lüfter, Ölpumpe
und/oder Kühlmittelpumpe umfassen.
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In 1b ist
der Generatorbetrieb dargestellt, bei dem bei laufender Brennkraftmaschine
ein Antrieb ausgehend von der Brennkraftmaschine erfolgt, wobei
die Antriebskraft mittels des Riemens 120 von der kurbelwellenseitigen
Riemenscheibe 102 auf die startergeneratorseitige Riemenscheibe 104 übertragen
wird. In Riemenzugrichtung a gesehen bildet dabei der Riemen 120 zwischen
kurbelwellenseitiger Riemenscheibe 102 und startergeneratorseitiger
Riemenscheibe 104 ein Lostrum 109 und zwischen
startergeneratorseitiger Riemenscheibe 104 und kurbelwellenseitiger
Riemenscheibe 102 ein Zugtrum 107.
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In 1c ist
der Starterbetrieb dargestellt, bei dem zum Starten der Brennkraftmaschine
ein Antrieb ausgehend vom Starter-Generator erfolgt, wobei die Antriebskraft
mittels des Riemens 120 von der startergeneratorseitigen
Riemenscheibe 104 auf die kurbelwellenseitige Riemenscheibe 102 übertragen wird.
In Riemenzugrichtung e gesehen bildet dabei der Riemen 120 zwischen
startergeneratorseitiger Riemenscheibe 104 und kurbelwellenseitiger
Riemenscheibe 102 ein Lostrum 109 und zwischen
kurbelwellenseitiger Riemenscheibe 102 und startergeneratorseitiger
Riemenscheibe 104 ein Zugtrum 107.
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Aufgrund
der zwischen Generatorbetrieb (1b) und
Starterbetrieb (1c) jeweils wechselnden Zugrichtung
des Riemens 120 wird bei einem Wechsel der Betriebsart
das Zugtrum 107 zum Lostrum 109 und umgekehrt.
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Zum
Spannen des wechselnd beaufschlagten Zugmittels 120 wird
vorliegend eine Spanneinrichtung 100 mit einer ersten Spannrolle 106 zum Spannen
des einen Trums 107, 109 des Zugmittels 120 und
eine zweite Spannrolle 108 zum Spannen des anderen Trums 109, 107 des
Zugmittels 120 verwendet.
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Die
Spannrollen 106, 108 sind auf einer gemeinsamen
Trageinrichtung 110 angeordnet, die im Punkt 112 zumindest
annähernd parallel zur Riemenebene verschwenkbar am Brennkraftmaschinengehäuse 118 festgelegt
ist. Die Trageinrichtung 110 ist mittels einer Spanneinrichtung 116,
die sich an der Trageinrichtung 110 im Punkt 114 einerseits
und am Brennkraftmaschinengehäuse 118 andererseits
abstützt, spannkraftbeaufschlagt. Die Spanneinrichtung 116 umfasst
eine Feder-Dämpfer-Einrichtung beispielsweise in Koben-Zylinder-Anordnung.
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An
den Spannrollen 106, 108 wirken Resultierende
d, h der Riemenzugkräfte b, c, f, g auf die Trageinrichtung 110 und
bewirken ein Verschwenken der Trageinrichtung 110 entgegen
der mittels der Spanneinrichtung 116 aufgebrachten Vorspannkraft. Mittels
der Spanneinrichtung 116 wird der Riemen 120 gespannt
und es werden betriebsbedingte Riemenspannungsänderungen
und Schwingungen gedämpft.
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In 1b sind
die beim Generatorbetrieb maßgeblichen Riemenzugkraft b,
c und die auf die Spannrolle 106 wirkende resultierende
Kraft d im Zugtrum 107 dargestellt, in 1c sind
die beim Starterbetrieb maßgeblichen Riemenzugkraft f,
g und die auf die Spannrolle 108 wirkende resultierende Kraft
h im Zugtrum 107 dargestellt.
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Auf
die Trageinrichtung 110 wirken beim Generatorbetrieb und
beim Starterbetrieb sowohl die resultierende Kraft d als auch die
resultierende Kraft h, wobei jeweils die resultierende Kraft an
der Spannrolle des Zugtrums 107 maßgeblich ist.
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Beim
Starterbetrieb (1c) treten höhere Riemenzugkräfte
f, g auf, als beim Generatorbetrieb (1b: b,
c). Um dennoch in beiden Betriebsarten eine optimale Spannung des
Riemens 120 mittels der Spanneinrichtung 116 zu
gewährleisten, sind an den Spannrollen 106, 108 derart
unterschiedliche Umschlingungswinkel vorgesehen und/oder ist die
Position der Spannrollen 106, 108 bezüglich
der Punkte 112, 114 derart ausgerichtet, dass
jeweils eine zumindest annähernd gleiche resultierende
Kraft auf die Trageinrichtung 110 wirkt.
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2a zeigt
eine Spanneinrichtung 200 mit zwei auf einer gemeinsamen,
Trageinrichtung 210 angeordnet Spannrollen 206, 208 für
einen Riementrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine umfassend
eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe 202 und eine startergeneratorseitig
Riemenscheibe 204, wobei beide Spannrollen 206, 208 mit
der Außenseite des Riemens 220 zusammenwirken,
im Generatorbetrieb, ein Starterbetrieb ist in 2b dargestellt.
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In
dem in 2a gezeigten Generatorbetrieb
erfolgt ein Antrieb ausgehend von der kurbelwellenseitigen Riemenscheibe 202 entsprechend
der Pfeilrichtung i. Der Riemen 220 bildet ein Zugtrum 207 und
ein Lostrum 209. Maßgeblich wirkt im Zugtrum 207 die
resultierende Riemenkraft j auf die Spannrolle 206, im
Lostrum 209 wirkt eine geringere resultierende Riemenkraft
(nicht dargestellt) auf die Spannrolle 208.
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Die
Trageinrichtung 210 ist um einen brennkraftmaschinengehäusefesten
Punkt 212 verschwenkbar. Die an den Spannrollen 206, 208 wirkenden
resultierenden Riemenkräfte wirken bezüglich einer
Verschwenkbewegung der Trageinrichtung 210 um den Punkt 212 gleichsinnig,
sodass der Punkt 214 der Trageinrichtung 210,
in dem eine sich am Brennkraftmaschinengehäuse 218 abstützende Spanneinrichtung 216 angelenkt
ist, sich unter Einwirkung der an den Spannrollen 206, 208 wirkenden Riemenkräfte
in Pfeilrichtung k bewegt.
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In
dem in 2b gezeigten Starterbetrieb
erfolgt ein Antrieb ausgehend von der generatorseitigen Riemenscheibe 202 entsprechend
der Pfeilrichtung I. Der Riemen 220 bildet ein Zugtrum 207 und ein
Lostrum 209. Maßgeblich wirkt im Zugtrum 207 die
resultierende Riemenkraft m auf die Spannrolle 208, im
Lostrum 209 wirkt eine geringere resultierende Riemenkraft
(nicht dargestellt) auf die Spannrolle 206. Der Punkt 214 der Trageinrichtung 210 bewegt sich
unter Einwirkung der an den Spannrollen 206, 208 wirkenden
Riemenkräfte in Pfeilrichtung n.
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Im Übrigen
wird zur Funktion auf die Beschreibung zu den 1a, 1b, 1c verwiesen,
die entsprechend auch auf die 2a, 2b zu
lesen ist.
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3a zeigt
eine Spanneinrichtung 300 mit zwei auf einer gemeinsamen,
Trageinrichtung 310 angeordnet Spannrollen 306, 308 für
einen Riementrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine umfassend
eine kurbelwellenseitige Riemenscheibe 302 und eine startergeneratorseitig
Riemenscheibe 304, wobei beide Spannrollen 306, 308 mit
der Außenseite des Riemens 320 zusammenwirken,
im Generatorbetrieb, ein Starterbetrieb ist in 3b dargestellt.
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In
dem in 3a gezeigten Generatorbetrieb
erfolgt ein Antrieb ausgehend von der kurbelwellenseitigen Riemenscheibe 302 entsprechend
der Pfeilrichtung o. Der Riemen 320 bildet ein Zugtrum 307 und
ein Lostrum 309. Maßgeblich wirkt im Zugtrum 307 die
resultierende Riemenkraft p auf die Spannrolle 306, im
Lostrum 309 wirkt eine geringere resultierende Riemenkraft
(nicht dargestellt) auf die Spannrolle 308.
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Die
Trageinrichtung 310 ist um einen brennkraftmaschinengehäusefesten
Punkt 312 verschwenkbar. Die an den Spannrollen 306, 308 wirkenden
resultierenden Riemenkräfte wirken bezüglich einer
Verschwenkbewegung der Trageinrichtung 310 um den Punkt 312 gleichsinnig,
sodass der Punkt 314 der Trageinrichtung 310,
in dem eine sich am Brennkraftmaschinengehäuse 318 abstützende Spanneinrichtung 316 angelenkt
ist, sich unter Einwirkung der an den Spannrollen 306, 308 wirkenden Riemenkräfte
in Pfeilrichtung q bewegt.
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In
dem in 3b gezeigten Starterbetrieb
erfolgt ein Antrieb ausgehend von der generatorseitigen Riemenscheibe 302 entsprechend
der Pfeilrichtung r. Der Riemen 320 bildet ein Zugtrum 307 und ein
Lostrum 309. Maßgeblich wirkt im Zugtrum 307 die
resultierende Riemenkraft s auf die Spannrolle 308, im
Lostrum 309 wirkt eine geringere resultierende Riemenkraft
(nicht dargestellt) auf die Spannrolle 306. Der Punkt 314 der
Trageinrichtung 310 bewegt sich unter Einwirkung der an
den Spannrollen 306, 308 wirkenden Riemenkräfte
in Pfeilrichtung t.
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Im Übrigen
wird zur Funktion auf die Beschreibung zu den 1a, 1b, 1c verwiesen,
die entsprechend auch auf die 2a, 2b zu
lesen ist.
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Mit
der Erfindung wird verglichen mit anderen Systemen der Platzbedarf
wesentlich reduziert und es werden Kosten sowie Gewicht verringert.
Außerdem stellt die Erfindung eine besonders einfache Konstruktion
dar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004006907
A1 [0007]
- - DE 102006023773 A1 [0007]