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Die
Erfindung betrifft eine Riemenspannvorrichtung in einem Antriebsstrang
eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 und ein Verfahren zum Spannen eines Riemens in einem Antriebsstrang
eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
7.
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In
der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 055 329 A1 ist eine Vorrichtung
zum Spannen von Zugmitteln für den Antrieb von Aggregaten,
z. B. in Fahrzeugen, mit einem um eine Drehachse schwenkbaren Spannorgan,
das zur Auflage auf einem Zugmittel ausgelegt ist, beschrieben,
wobei das Schwenkorgan mit einem elastischen Element zum Aufbringen
einer Spannkraft verbunden ist und Drehdämpfungsmittel vorgesehen
sind, die eine Dämpfung von Bewegungen des Spannorgans
durch Teile erreichen, die sich gegeneinander verdrehen.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
103 22 540 A1 sind ein Riementrieb in dem Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zum Steuern eines solchen
Riementriebs beschrieben. Dabei schließt der Riementrieb
einen Treibriemen ein, durch den eine Motorkurbelwelle und ein Starter-Generator
miteinander verbunden sind, und der durch eine Spannvorrichtung
mit der erforderlichen Riemenspannkraft versorgt wird. Die Spannvorrichtung
weist einen Aktuator auf, durch den eine Spannrolle gegen den Treibriemen
gedrückt wird. Der Aktuator ist mit einer elektronischen
Steuerung versehen, durch die die Riemenspannkraft dosiert und zeitlich
gesteuert wird. Der Aktuator kann durch einen Bowdenzug mit der Spannrolle
verbunden sein.
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In
der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 050 542 A1 ist ein Riemenspanner,
insbesondere für Spanner-Dämpfungs-Elemente für
Zugmitttel in Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem zur Umgebung
abgedichteten, mit einer ihre Viskosität änderbaren
Flüssigkeit gefüllten Gehäuse, einem
darin beweglich angeordneten, mit einem Schwingungserreger gekoppelten
Dämpfungselement, welches so angeordnet ist, dass es bei
einer Bewegung eine Strömung der ihre Viskosität änderbaren
Flüssigkeit hervorruft, sowie einem mit einer in Abhängigkeit vom
Bewegungszustand des Dämpfungselementes geregelten Spannungsquelle
gekoppelten Aktivierungspaar zur Erzeugung einer die Viskosität
der ihre Viskosität änderbaren Flüssigkeit
steuernden Anregung, beschrieben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem
Stand der Technik verbesserte Riemenspannvorrichtung und eine verbessertes
Verfahren zum Spannen eines Riemens anzugeben.
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Die
Aufgabe wird hinsichtlich der Riemenspannvorrichtung erfindungsgemäß durch
die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich des
Verfahrens zum Spannen eines Riemens wird die Aufgabe durch die
im Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
der erfindungsgemäßen Riemenspannvorrichtung in
einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs mittels dem eine Spannkraft
auf einen Treibriemen aufgebracht wird, wobei die Riemenspannvorrichtung
mindestens eine Umlenkrolle und eine Feder umfasst und der Treibriemen
eine Motorkurbelwelle mit mindestens einem Nebenaggregat eines Verbrennungsmotors
verbindet, ist die Spannkraft der Riemenspannvorrichtung durch eine
Beaufschlagung der Riemenspannvorrichtung mit Drucköl des Verbrennungsmotors
variabel einstellbar.
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Durch
die variabel einstellbare Spannkraft der Riemenspannvorrichtung
ist eine bedarfsgerechte Anpassung der Riemenspannung ermöglicht.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren zum Spannen eines
Riemens in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs wird die variabel
einstellbare Spannkraft der Riemenspannvorrichtung durch eine Beaufschlagung
der Riemenspannvorrichtung mit Drucköl des Verbrennungsmotors
eingestellt.
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Die
Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass eine hohe
Vorspannkraft nur dann auf den Treibriemen aufgebracht wird, wenn
ein hohes Drehmoment übertragen werden muss. Damit werden
Verluste im Antrieb und ein hoher Verschleiß vermieden,
die sich bei der üblichen ständigen hohen Vorspannkraft
ergeben.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die
Riemenspannung bei einem Startvorgang des Verbrennungsmotors reduziert
und damit wird der Verschleiß der Hauptlager des Verbrennungsmotors
stark reduziert. Zusätzlich kann ein so genannter Decoupler
entfallen, wodurch Kosten reduziert sind.
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In
einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die
Riemenspannung bei einem Startvorgang des Verbrennungsmotors erhöht
und somit ist ein sicherer Start des Verbrennungsmotors ermöglicht.
Die Vorteile dieser Ausführungsform der Erfindung liegen
somit insbesondere darin, dass eine hohe Riemenspannung nur dann
auf den Riemen aufgebracht wird, wenn ein hohes Drehmoment übertragen
werden muss. Das ist insbesondere beim Anlassen oder Starten des
Verbrennungsmotors erforderlich. Damit werden Verluste im Antrieb
und ein hoher Verschleiß vermieden, die sich bei der üblichen ständigen
hohen Riemenspannung ergeben.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 schematisch
eine Seitenansicht einer konzentrischen Riemenspannvorrichtung,
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2 schematisch
eine Vorspanneinheit,
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3 schematisch
eine Spannkrafteinstelleinheit, und
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4 schematisch
eine alternative Ausführungsform einer Riemenspannvorrichtung.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Ein
nicht näher dargestellter Riementrieb für den
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, das hier nicht weiter dargestellt
ist, weist einen Treibriemen, welcher beispielsweise als Treib-
oder Antriebsriemen ausgebildet ist, auf, der eine Motor-Kurbelwelle eines
Verbrennungsmotors mit einem Starter-Generator und/oder einem beliebigen
weiteren Aggregat, zum Beispiel einem Kompressor, verbindet. Der Treibriemen
wird von einer Riemenspannvorrichtung 1 mit einer zur sicheren Übertragung
von Drehmoment erforderlichen Vorspannung, auch als Spannkraft bezeichnet,
beaufschlagt.
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In 1 ist
eine konzentrisch ausgebildete Riemenspannvorrichtung 1 dargestellt,
die ein Gehäuse 2 und einen Schwenkarm 4,
an welchem eine Umlenkrolle 3 drehbar angeordnet ist, umfasst.
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Das
Gehäuse 2 umfasst die beiden Gehäuseteile 2.1 und 2.2 und
den dazwischen angeordneten Schwenkarm 4.
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Die
beiden Gehäuseteile 2.1 und 2.2 sind
mit einer runden Grundfläche ausgebildet und im Zentrum
der beiden Gehäuseteile 2.1 und 2.2 ist
eine Hohlwelle derart angeordnet, dass ein nicht näher dargestelltes
Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube, durch diese Hohlwelle
hindurchgeführt werden kann, um die Riemenspannvorrichtung 1 an einem
nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor zu befestigen.
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An
einem Ende des Schwenkarms 4 ist die Umlenkrolle 3 drehbar
angeordnet und das andere Ende ist derart ausgebildet, dass es nahezu
der runden Grundfläche der beiden Gehäuseteile 2.1 und 2.2 entspricht.
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An
dem freien Ende des Schwenkarms 4 ist die Umlenkrolle 3 drehbar
gelagert und liegt mit ihrem Außenumfang an dem Treibriemen
an. Der Schwenkarm 4 ist am anderen Ende mit einer Welle 8 drehfest
verbunden, die drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert
ist.
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In
dem Gehäuseteil 2.1 ist eine Vorspanneinheit 5 angeordnet.
Diese Vorspanneinheit 5 ist in 2 dargestellt.
Die Vorspanneinheit 5 ist zumindest aus einer Feder 6 gebildet,
welche als Spiralfeder ausgebildet ist. Ein Ende 6.1 der
Feder 6 ist im oder am Gehäuseteil 2.1 befestigt.
Diese Befestigung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das
Ende 6.1 der Feder 6 korrespondierend zu einem Bolzen 7 ausgebildet
ist, wobei das Ende 6.1 der Feder 6 derart um
den Bolzen 7 gelegt ist, dass die Feder 6 sicher
gehalten ist. Das andere Ende 6.2 der Feder 6 ist
im oder am Schwenkarm 4, beispielsweise in einer nicht
näher dargestellten Nut in der Welle 8, befestigt,
so dass die Feder 6 z. B. durch Drehen des Gehäuses 2 und
Festhalten des Schwenkarms 4 oder umgekehrt vorgespannt
werden kann.
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Mit
anderen Worten: Im Gehäuseteil 2.1 ist eine als
Spiralfeder ausgebildete Feder 6 so angeordnet und abgestützt,
dass der Schwenkarm 4 entsprechend vorgespannt ist.
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Im
Einsatzfall bewirkt somit die vorgespannte Feder 6 ein
Aufdrücken des Schwenkarms 4 mit der Umlenkrolle 3 auf
den Treibriemen, z. B. Keilriemen (nicht dargestellt).
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In
dem Gehäuseteil 2.2 ist eine Spannkrafteinstelleinheit 9 angeordnet.
Diese Spannkrafteinstelleinheit 9 ist in der 3 dargestellt.
An einem Innenumfang des Gehäuseteils 2.2 sind
mehrere, beispielsweise vier Nuten 10 in einem gleichmäßigen Abstand
zueinander angeordnet. An der mit dem Schwenkarm 4 drehfest
verbundenen Welle 8 sind Nuten 11 angeordnet.
Die Anzahl der an der Welle 8 angeordneten Nuten 11 entspricht
der Anzahl der im Gehäuseteil 2.2 an der Innenwand
angeordneten Nuten 10. Diese Nuten 10 sind derart
ausgebildet, dass jeweils ein Dichtflügel 12 in
einer Nut 10 des Gehäuseteils 2.2 sicher
gehalten ist. Die Nuten 11 sind derart ausgebildet, dass
jeweils ein Dichtflügel 13 in einer Nut 11 der
Welle 8 sicher gehalten ist.
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Die
Dichtflügel 12 und 13 sind derart ausgebildet,
dass sie an den nicht in der Nut 10 oder 11 befestigten
Kanten eine Dichtungswirkung, beispielsweise an der Innenseite des
Gehäuseteils 2.2 und/oder am Schwenkarm 4,
aufbringen. Dazu sind die Dichtflügel 12 und 13 beispielsweise
an diesen Kanten mit einer nicht dargestellten Dichtlippe ausgestaltet.
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Durch
eine drehbare Lagerung des Schwenkarms 4 im Gehäuse 2 wird
zwischen zwei Dichtflügeln 12 ein kreisringförmiger
Arbeitsbereich definiert, welcher durch einen Dichtflügel 13 in
zwei Teilbereiche 14.1 und 14.2 unterteilt wird.
Durch eine Drehbewegung des Schwenkarms 4 und des damit
verbundenen Dichtflügels 13 sind die Größen
der Teilbereiche 14.1 und 14.2 variabel, wobei
eine Volumenvergrößerung des einen Bereichs in
einer gleichartigen Volumenverkleinerung des anderen Bereichs resultiert.
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Die
Teilbereiche 14.1 und 14.2 sind jeweils nicht
näher dargestellt mit einer Ölzuführung
des Verbrennungsmotors verbunden. Wird das Motoröl mit einem
bei einem Motorbetrieb vorhandenen und von der Motorölpumpe
erzeugten Öldruck in den Teilbereich 14.1 geleitet,
wird durch den Öldruck eine Kraft auf den Dichtflügel 13 beaufschlagt.
Der Teilbereich 14.2 ist in diesem Fall als Leckölbereich
ausgebildet und nimmt an den Dichtflügeln 12 und 13 eventuell austretendes Öl
auf und leitet es in nicht näher dargestellter Art und
Weise in einen Ölkreislauf des Verbrennungsmotors zurück.
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Die
durch den Öldruck auf den Dichtflügel 13 beaufschlagte
Kraft wirkt somit ebenfalls auf den Schwenkarm 4 und wirkt
unterstützend zur Kraft der Feder 6.
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Wird
hingegen der Teilbereich 14.2 mit dem Motoröl
beaufschlagt, wirkt die durch den Öldruck auf den Dichtflügel 13 beaufschlagte
Kraft auf die andere Seite des Dichtflügels 13.
Die auf den Dichtflügel 13 wirkende Kraft wird
somit in entgegen gesetzter Richtung auf den Schwenkarm 4 aufgebracht
und wirkt entgegengesetzt zur Kraft der Feder 6.
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Eine
Spannkraft, welche von einer erfindungsgemäßen
Riemenspannvorrichtung 1 auf den Riemen, beispielsweise
eine Keil- oder Zahnriemen, aufgebracht wird, ist somit aus zwei
Teilkräften gebildet. Eine vom Betrag konstante erste Teilkraft,
welche die Grundspannkraft der Riemenspannvorrichtung 1 bildet,
wird von der vorgespannten Feder 6 aufgebracht und in den
Schwenkarm 4 eingeleitet. Die zweite, vom Betrag her variable
Teilkraft wird von dem mit dem Öldruck des Motoröls
beaufschlagten Dichtflügel 13 aufgebracht und
ebenfalls in den Schwenkarm 4 eingeleitet.
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Durch
die Einleitung des Motoröls in den Teilbereich 14.1 ist
somit eine Riemenspannung während des Motorlaufs vergrößert.
Durch die Einleitung des Motoröls in den Teilbereich 14.2 ist
somit eine Riemenspannung während des Motorlaufs reduziert.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung wirken beide Teilkräfte
gleichsinnig, d. h. sie summieren sich auf. Bei einem Motorstart
ist der Öldruck noch nicht vorhanden oder reduziert und
somit ist die zweite Teilkraft ebenfalls nicht vorhanden oder reduziert. Die
Riemenspannung ist somit bei einem Startvorgang des Verbrennungsmotors
reduziert. Damit wird der Verschleiß der Hauptlager des
Verbrennungsmotors stark reduziert. Zusätzlich kann ein
so genannter Decoupler entfallen, wodurch Kosten reduziert sind. Während
des Betriebs des Verbrennungsmotors steigen der Öldruck
und somit auch die zweite Teilkraft und die Riemenspannung.
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In
einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wirken
beide Teilkräfte gegensinnig, d. h. sie wirken gegeneinander.
Bei einem Motorstart ist der Öldruck noch nicht vorhanden
oder reduziert und somit ist die zweite Teilkraft ebenfalls nicht
vorhanden oder reduziert. Dadurch ist die Riemenspannung beim Startvorgang
des Verbrennungsmotors erhöht. Somit ist ein sicherer Start
des Verbrennungsmotors ermöglicht. Die Vorteile dieser
Ausführungsform der Erfindung liegen somit insbesondere
darin, dass eine hohe Riemenspannung nur dann auf den Riemen aufgebracht
wird, wenn ein hohes Drehmoment übertragen werden muss.
Das ist insbesondere beim Anlassen oder Starten des Verbrennungsmotors
erforderlich. Damit werden Verluste im Antrieb und ein hoher Verschleiß vermieden,
die sich bei der üblichen ständigen hohen Riemenspannung
ergeben.
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In 4 ist
schematisch eine alternative Ausführungsform einer Riemenspannvorrichtung 1 dargestellt.
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Diese
Riemenspannvorrichtung 1 umfasst einen als rechtwinkligen
Hebelarm ausgebildeten Schwenkarm 4, an dessen einen Ende
die Umlenkrolle 3 drehbar gelagert ist und mit ihrem Außenumfang
an dem Treibriemen anliegt.
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Im
Bereich des Winkels des als rechtwinkligen Hebelarm ausgebildeten
Schwenkarms 4 ist eine Ausnehmung 15 angeordnet,
durch welche ein nicht näher dargestelltes Befestigungsmittel,
beispielsweise eine Schraube, hindurchgeführt werden kann,
um die Riemenspannvorrichtung 1 an einem nicht näher dargestellten
Verbrennungsmotor zu befestigen.
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Am
freien Ende des Schwenkarms 4 sind die Vorspanneinheit 5 und
die Spannkrafteinstelleinheit 9 angeordnet. Die Vorspanneinheit 5 und
die Spannkrafteinstelleinheit 9 sind als eine Baueinheit
integriert ausgebildet.
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Die
Spannkrafteinstelleinheit 9 umfasst zumindest einen Zylinder 16,
welcher ober- und unterseitig verschlossen ist und einen darin angeordneten Kolben 17,
welcher mittels einer Kolbenstange 18 mit dem freien Ende
des Schwenkarms 4 verbunden ist.
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Der
Kolben 17 unterteilt einen Innenraum des Zylinders 16 in
zwei Teilbereiche 17.1 und 17.2 und dichtet diese
gegeneinander ab. Durch eine Bewegung des Schwenkarms 4 und
des damit verbundenen Kolbens 17 sind die Größen
der Teilbereiche 17.1 und 17.2 variabel, wobei
eine Volumenvergrößerung des einen Bereichs in
einer gleichartigen Volumenverkleinerung des anderen Bereichs resultiert.
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Die
Teilbereiche 17.1 und 17.2 sind jeweils nicht
näher dargestellt mit einer Ölzuführung
des Verbrennungsmotors verbunden. Wird das Motoröl mit einem
bei einem Motorbetrieb vorhandenen und von der Motorölpumpe
erzeugten Öldruck in den Teilbereich 17.1 geleitet,
wird durch den Öldruck eine Kraft auf den Kolben 17 beaufschlagt.
Der Teilbereich 17.2 ist in diesem Fall als Leckölbereich
ausgebildet und nimmt eventuell am Kolben 17 vorbeiströmendes Öl auf
und leitet es in nicht näher dargestellter Art und Weise
in einen Ölkreislauf des Verbrennungsmotors zurück.
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Die
Vorspanneinheit 5 ist zumindest aus einer Feder 6 gebildet,
welche als Schraubenfeder ausgebildet ist. Die Feder 6 ist
im Teilbereich 17.1 im Inneren des Zylinders 16 oberhalb
des Kolbens 17 derart vorgespannt angeordnet, dass ein
oberes Ende der Feder 6 an der Oberseite des Zylinders 16 angeordnet
ist und ein unteres Ende der Feder 6 an der Oberseite des
Kolbens 17 angeordnet ist.
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Im
Einsatzfall bewirkt somit die vorgespannte Feder 6 ein
Aufdrücken des Schwenkarms 4 mit der Umlenkrolle 3 auf
den nicht dargestellten Treibriemen.
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Die
durch den Öldruck auf den Kolben 17 beaufschlagte
Kraft wirkt ebenfalls auf den Schwenkarm 4 und wirkt unterstützend
zur Kraft der Feder 6.
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Wird
hingegen der Teilbereich 17.2 mit dem Motoröl
beaufschlagt, wirkt die durch den Öldruck auf den Kolben 17 beaufschlagte
Kraft auf die andere Seite, also die Unterseite, des Kolbens 17.
Die auf den Kolben 17 wirkende Kraft wirkt somit in entgegen gesetzter
Richtung auf den Schwenkarm 4 und wirkt entgegengesetzt
zur Kraft der Feder 6.
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Eine
Spannkraft, welche von einer erfindungsgemäßen
Riemenspannvorrichtung 1 auf den Treibriemen, beispielsweise
eine Keil- oder Zahnriemen, aufgebracht wird, ist somit aus zwei
Teilkräften gebildet. Eine vom Betrag konstante Teilkraft
wird von der vorgespannten Feder 6 aufgebracht und in den
Schwenkarm 4 eingeleitet. Die zweite, vom Betrag her variable
Teilkraft wird von dem mit dem Öldruck des Motoröls
beaufschlagten Dichtflügel 13 aufgebracht und
ebenfalls in den Schwenkarm 4 eingeleitet.
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Durch
die Einleitung des Motoröls in den Teilbereich 17.1 ist
somit eine Riemenspannung während des Motorlaufs vergrößert.
Durch die Einleitung des Motoröls in den Teilbereich 17.2 ist
somit eine Riemenspannung während des Motorlaufs reduziert.
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- 1
- Riemenspannvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 2.1
und 2.2
- Gehäuseteil
- 3
- Umlenkrolle
- 4
- Schwenkarm
- 5
- Vorspanneinheit
- 6
- Feder
- 6.1
und 6.2
- Ende
- 7
- Bolzen
- 8
- Welle
- 9
- Spannkrafteinstelleinheit
- 10,
11
- Nut
- 12,
13
- Dichtflügel
- 14.1,
14.2
- Teilbereich
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Zylinder
- 17
- Kolben
- 18
- Kolbenstange
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004055329
A1 [0002]
- - DE 10322540 A1 [0003]
- - DE 102005050542 A1 [0004]