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Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung für eine Aggregatetrieb an einer Maschine, insbesondere Brennkraftmaschine.
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Eine derartige Spannvorrichtung weist einen Zugmitteltrieb auf, der als Riemen- oder Kettentrieb ausgebildet ist und ist mit Riemenscheiben oder Kettenrädern für den Zugmitteltrieb versehen, die zumindest mit einer Welle der Maschine und einem Startergenerator verbunden sind. Die Spannvorrichtung weist zwei Rollen auf, die drehbar in Spannarmen gelagert sind. Die Spannarme sind schwenkbar in der Maschine gelagert. Ferner weist die Spannvorrichtung ein Spannelement auf, das die Rollen gegen den Zugmitteltrieb vorspannt. Je eine Rolle ist im Leertrum und im Zugtrum des Aggregatetriebs beim Betrieb des Startergenerators als Starter und Generator vorgesehen.
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Bei einer solchen Spannvorrichtung wird in einem ersten Betriebspunkt der Zugmitteltrieb von dem Startergenerator angetrieben, womit der Startergenerator die Funktion des Starters aufweist. In diesem ersten Betriebspunkt liegt auf der einen Seite des Zugmitteltriebs ein Zugtrum vor. Die in diesem Abschnitt vorgesehene Rolle übernimmt die Funktion einer Umlenkrolle, während in diesem Betriebspunkt die andere Rolle die Funktion einer Spannrolle übernimmt. Bei einem zweiten Betriebspunkt wird der Zugmitteltrieb von der Welle der Maschine, insbesondere einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben, so dass sich der Belastungszustand verändert. Demnach liegt das Zugtrum auf der anderen, gegenüberliegenden Seite, womit die eine Rolle die Funktion der Spannrolle und die andere Rolle die Funktion der Umlenkrolle übernimmt. In diesem zweiten Betriebspunkt wirkt der Startergenerator als Generator. Die Spannvorrichtung stellt sicher, dass in beiden Belastungszuständen der Zugmitteltrieb sicher umgelenkt und gespannt wird.
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Aus der
DE 102 53 241 A1 ist eine Spannvorrichtung bekannt, welche zwei um eine maschinenfeste Achse schwenkbare Spannarme aufweist, die jeweils Bestandteil eines zweiarmigen Hebels sind. Der jeweilige zweiarmige Hebel nimmt im Bereich des freien Endes des einen Hebelarms eine Rolle drehbar auf und es greift am freien Ende des anderen Hebelarms dieses zweiarmigen Hebels die Spannvorrichtung an, wobei beiden zweiarmigen Hebeln ein Spannelement gemeinsam ist, das an einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine starr befestigt ist. Das Spannelement ist hydraulisch wirkend ausgebildet. Der Zugmitteltrieb kontaktiert die eine Rolle auf derjenigen Seite, die der Schwenkachse deren Spannarm zugewandt ist, während die andere Rolle auf der der Schwenkachse deren Spannarm abgewandten Seite vom Zugmitteltrieb kontaktiert wird.
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In der
DE 100 45 143 A1 ist ein Zugmitteltrieb für eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zwei Riemenscheiben an zwei miteinander starr verbundenen, um eine Drehachse schwenkbaren Hebelarmen angeordnet sind.
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Aus der
DE 10 2004 012 395 A1 ist eine Spannvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der zwei Rollen an einem Waagebalken gelagert sind, der in einem Spannarm schwenkbar angelenkt ist.
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Eine Spannvorrichtung, die gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist, ist aus der
DE 103 48 878 A1 bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung die die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist,so weiter zu bilden, dass diese bei baulich einfacher Gestaltung für einen Aggregatetrieb an einer Maschine geeignet ist, wobei der Aggregatetrieb einen Startergenerator aufweist, der als Starter und Generator betrieben werden kann.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Spannvorrichtung die gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
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Bei der Spannvorrichtung ist somit erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Spannelement in den beiden Spannarmen gelagert ist, sowie im Schwenkweg des jeweiligen Spannarms, entgegengesetzt der Wirkrichtung des Spannelements, ein in der Maschine gelagerter Anschlag angeordnet ist.
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Demzufolge ist das Spannelement nicht in der Maschine, insbesondere nicht in einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine gelagert, sondern in den beiden Spannarmen gelagert. Das Spannelement wird so beaufschlagt, dass es die beiden Spannarme voneinander weg bewegen will, mit der Konsequenz, dass die Rollen gegen den Zugmitteltrieb vorgespannt werden. Für den Fall, dass der Startergenerator als Starter wirksam ist, somit das Startmoment erzeugt, um die Maschine, insbesondere die Brennkraftmaschine, zu starten, kommt der Rolle des Zugtrums die Umlenkfunktion für den Zugmitteltrieb zu und es liegt der diese Rolle aufnehmende Spannarm an diesem zugeordneten Anschlag an. Die andere Rolle im Leertrum hat die Spannrollenfunktion, wobei der diese Rolle aufnehmende Spannarm nicht an dem diesem Spannarm zugeordneten Anschlag anliegt. Befindet sich der Startergenerator hingegen in der Funktion des Generators, erzeugt somit die Maschine, insbesondere die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine das Moment, wird aus dem vorher beschriebenen Leertrum das Zugtrum und aus dem vorher beschriebenen Zugtrum das Leertrum. Im Generatorbetrieb des Startergenerators besitzt die dem Zugtrum zugeordnete Rolle die Umlenkfunktion und es liegt der dieser Rolle zugeordnete Spannarm an dem diesem Spannarm zugeordneten Anschlag an, während die dem Leertrum zugeordnete Rolle die Spannrollenfunktion hat und der dieser Rolle zugeordnete Spannarm nicht an dem diesem Spannarm zugeordneten Anschlag anliegt.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung gewährleistet damit auch für das Startergeneratorkonzept, bei dem sich abhängig von dem Betriebsmodus ein Richtungswechsel des in den Zugmitteltrieb eingeleiteten Drehmoments einstellt, eine ausreichende Vorspannung sowohl des Leertrums als auch des Zugtrums. Die im Zugtrum angeordnete Rolle übernimmt die Umlenkfunktion und ist aufgrund des Anschlages, an dem der Spannarm dieser Rolle anliegt, an einem festen Punkt positioniert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Spannvorrichtung ist vorgesehen, dass der erste Spannarm als einarmiger Hebel ausgebildet ist. Es kann dieser Spannarm somit baulich besonders einfach ausgebildet sein. An dem einarmigen Hebel, der um die maschinenfeste Achse schwenkbar ist, greift das Spannelement an und es ist in diesem einarmigen Hebel die eine Rolle gelagert, ferner ragt in den Schwenkweg des einarmigen Hebels der eine Anschlag.
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Vorzugsweise greift bei dem ersten Spannarm das Spannelement im Bereich der Lagerung der diesem Spannarm zugeordneten Rolle am ersten Spannarm an. Die Spannkräfte werden somit über das Spannelement dort in den ersten Spannarm eingeleitet, in dessen Bereich die diesem Spannarm zugeordnete Rolle angeordnet ist.
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Der dem einen ersten Spannarm zugeordnete Anschlag ist vorzugsweise im Bewegungsweg des freien Endes des Spannarms angeordnet. Der Anschlag greift somit im Bereich der größten Hebellänge des ersten Spannarms an, womit nur relativ geringe Kräfte in diesem Bereich in den Spannarm, bei dessen Anlage am Anschlag, eingeleitet werden.
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Die Drehachse der dem einen, ersten Spannarm zugeordneten Rolle ist vorzugsweise näher zur Schwenkachse dieses Spannarms angeordnet als die Kontaktstelle des Anschlags an diesem Spannarm. Die Lagerung dieser Rolle befindet sich somit näher an der maschinenfesten Schwenkachse dieses Spannarmes als die Kontaktstelle des Anschlags an diesem Spannarm.
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Baulich einfach gestaltet sich die Spannvorrichtung im Bereich des anderen, zweiten Spannarms, wenn dieser als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, wobei der eine Hebelarm die diesem Spannarm zugeordnete Rolle aufnimmt und das Spannelement am anderen Hebelarm dieses Spannarms angreift. Diese Gestaltung ermöglicht es, besonders einfach das Spannelement in den beiden Spannarmen zu lagern. Insbesondere ist der Hebelarm, der der Lagerung des Spannelements dient, ausgehend von der Schwenkachse des zweiten Spannarms, abgewinkelt ausgebildet, so dass zwischen dem ersten Spannarm und dem abgewinkelten Hebelarm des zweiten Spannarms ein ausreichender, allerdings nicht unnötig großer Abstand zur Anordnung des Spannelements zwischen den beiden Spannarmen verbleibt.
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Das Spannelement greift vorzugsweise im Bereich des der Schwenkachse des zweiten Spannarmes abgewandten Endes des anderen Hebelarms an.
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Insbesondere ist der dem anderen zweiten Spannarm zugewandte Anschlag in Bewegungsrichtung des freien Endes des die Rolle aufnehmenden Hebelarms angeordnet. In diesem Bereich verbleibt ausreichend Platz zur Anordnung dieses Anschlages, da dieser Hebelarm nur die Rolle aufnehmen muss.
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Zweckmäßig ist die Drehachse der dem anderen, zweiten Spannarm zugeordneten Rolle näher zur Schwenkachse dieses Spannarms angeordnet als die Kontaktstelle des Anschlags an diesem Spannarm. Es ergeben sich somit dieselben Vorteile wie bei der zuvor beschriebenen, entsprechenden Gestaltung des einen, ersten Spannarms bezüglich der Lagerung dessen Rolle und der Positionierung des diesem Spannarm zugeordneten Anschlags.
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Eine baulich besonders einfache Gestaltung mit überdies besonders einfacher Kinematik ergibt sich, wenn die Spannarme um eine gemeinsame Achse schwenkbar in der Maschine gelagert sind. Die gemeinsame Schwenkachse bzw. unterschiedliche Schwenkachsen für die Spannarme verlaufen parallel zu den Drehachsen der Rollen und der Riemenscheiben oder Kettenräder für den Zugmitteltrieb.
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Das Spannelement ist vorzugsweise als hydraulisches Spannelement ausgebildet. Die Hydraulikelemente sind an sich bekannt und weisen eine definierte Federkraft sowie eine definierte Dämpfung auf.
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Die jeweilige Rolle kontaktiert insbesondere den Zugmitteltrieb auf der Seite, die der Schwenkachse des diese Rolle aufnehmenden Spannarms zugewandt ist. Zugtrum und Leertrum des Zugmitteltriebes können somit relativ dicht zueinander angeordnet, insbesondere nahezu parallel zueinander angeordnet, zum Startergenerator bzw. von diesem weg geführt werden, womit sich ein großer Umschlingungswinkel der Riemenscheibe oder Kettenscheibe des Startergenerators ergibt und überdies die Spannvorrichtung und auch der Aggregatetrieb sehr kompakt gestaltet werden kann.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigt:
- 1 einen Aggregatetrieb einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, veranschaulicht für den Betriebszustand des Startergenerators als Starter,
- 2 die Anordnung gemäß 1 für den Betriebszustand des Startergenerators als Generator.
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Die Spannvorrichtung 1 findet Verwendung bei einem Aggregatetrieb einer Brennkraftmaschine. Es ist ein Zugmitteltrieb 2 vorgesehen, der insbesondere als Riementrieb ausgebildet ist und es sind Riemenscheiben für den Riementrieb 2 vorgesehen. Eine Riemenscheibe 3 ist mit einer Welle eines Startergenerators 5 verbunden. Die Drehachse dieser Welle ist mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet. Eine Riemenscheibe 6 ist mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden. Die Drehachse dieser Riemenscheibe 6 ist mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet. Eine Riemenscheibe 8 ist mit einer Welle einer Wasserpumpe verbunden. Die Drehachse dieser Riemenscheibe 8 ist mit der Bezugsziffer 9 bezeichnet. Der Riementrieb 2 umschlingt die Riemenscheiben 3, 6 und 8.
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Der Aggregatetrieb ist stark vereinfacht dargestellt. In aller Regel dient der Riementrieb 2 dem Antreiben weiterer Aggregate des Aggregatetriebs, beispielsweise einem elektrischen Klimakompressor. Insofern würde dessen Welle eine weitere Riemenscheibe aufnehmen, die mit dem Riementrieb 2 zusammenwirkt. Für das Verständnis der vorliegenden Erfindung reicht die Beschränkung auf die dargestellten Aggregate aus.
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Dem Abschnitt des Riementriebes 2 zwischen der Riemenscheibe 3 für den Startergenerator und der Riemenscheibe 8 für die Wasserpumpe ist eine Rolle 10 zugeordnet, die den Riementrieb 2 außen kontaktiert. Des Weiteren ist dem Abschnitt des Riementriebes 2 zwischen der Riemenscheibe 3 der Spannvorrichtung und der Riemenscheibe 6 der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eine Rolle 11 zugeordnet, die außen am Riementrieb 2 anliegt. Die Rolle 10 ist in einen ersten Spannarm 12 um eine Achse 13 drehbar gelagert, wobei der Spannarm 12 als einarmiger Hebel ausgebildet ist und um eine Achse 14 schwenkbar in einem Gehäuse der Brennkraftmaschine gelagert ist, somit ortsfest gelagert ist. Um diese Achse 14 ist ein anderer, zweiter Spannarm 15 schwenkbar gelagert, der als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist. Ein Hebelarm 16 dient der Aufnahme der anderen Rolle 11, die um eine Achse 17 des Hebelarms 16 schwenkbar ist. In einem spitzen, nahezu rechten Winkel zum Hebelarm 16 setzt sich der Spannarm 15 im weiteren Hebelarm 18 fort, der als Winkelhebel ausgebildet ist, wobei das der Achse 14 abgewandte Ende dieses Hebelarms 18 eine Orientierung aufweist, die annähernd parallel der Orientierung des Spannarms 12 ist. Im Bereich des freien Endes des Hebelarms 18 greift, um eine Achse 19 schwenkbar, ein hydraulisches Spannelement 20 am Hebelarm 18 des Spannarms 15 an. Dieses Spannelement 20 ist mit seinem anderen Ende schwenkbar im Spannarm 12 gelagert, in einem nicht näher veranschaulichten Bereich konzentrisch zur Achse 13. Bezogen auf die Schwenkachse 14 des jeweiligen Spannarmes 12 bzw. 15 ragt der Spannarm 12 radial über die Rolle 10 hinaus und es ragt der Hebelarm 16 radial über die Rolle 11 hinaus. In den Schwenkweg des Spannarms 12 in Richtung der Riemenscheibe 3 des Startergenerators 5 ragt ein Anschlag 21 in den Schwenkweg des freien Endes des Hebelarms 16 in Richtung der Riemenscheibe 3 des Startergenerators 5 ein Anschlag 22.
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Bei der beschriebenen Spannvorrichtung kontaktiert die jeweilige Rolle 10 bzw. 11 den Riementrieb 2 somit auf der Seite, die der Schwenkachse des diese Rolle aufnehmenden Spannarms 12 bzw. 15 zugeordnet ist. Alle vorstehend beschriebenen Achsen sind parallel zueinander angeordnet.
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1 veranschaulicht den Betriebszustand des Aggregatetriebs, bei dem der Startergenerator 5 als Starter wirksam ist, somit in diesem ersten Betriebspunkt der Riementrieb 2 von dem Startergenerator 5 angetrieben wird, um die Brennkraftmaschine über die mit der Kurbelwelle verbundene Riemenscheibe 6 zu starten. In diesem ersten Betriebspunkt liegt zwischen der Rolle 10 und der Riemenscheibe 3 des Startergenerators 5 das Zugtrum und zwischen der Rolle 11 und der Riemenscheibe 3 des Startergenerators 5 das Leertrum L. Hierbei übernimmt die Rolle 10 eine Umlenkfunktion und muss demnach an einem festen Punkt positioniert sein. Erreicht wird dies durch die auf die Rolle 10 einwirkenden Kräfte, die ein Schwenken des Spannarms 12 gegen den Anschlag 21 bewirken, womit dieser feste Punkt gebildet ist. Die andere Rolle 11 hat in diesem ersten Betriebspunkt die Spannrollenfunktion unter Einwirkung des hydraulischen Spannelements 20, das zwischen dem Spannarm 20 und dem Hebelarm 18 des Spannarms 15 wirksam ist. Im ersten Betriebspunkt ist das freie Ende des Hebelarms 16 in Abstand zu dem diesem zugeordneten Anschlag 22 angeordnet.
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Ist die Brennkraftmaschine mittels des Startergenerators 5 gestartet, wird der Startergenerator 5 mittels des Riementriebes 2 angetrieben, womit der Startergenerator 5 nunmehr als Generator wirksam ist. In diesem zweiten Betriebspunkt ändert sich somit der Belastungszustand bei gleicher Laufrichtung A des Riementriebs 2: In diesem zweiten Betriebspunkt liegt das Zugtrum Z im Abschnitt des Riementriebs 2 zwischen der Rolle 11 und der Riemenscheibe 3 des Startergenerators 5 und das Leertrum L zwischen der Rolle 10 und der Riemenscheibe 3 des Startergenerators 5. Demzufolge schwenkt beim Übergang vom ersten Betriebspunkt in den zweiten Betriebspunkt die durch die beiden Spannarme 12 und 15 gebildete Wippe um die gemeinsame Achse 14, so dass nunmehr der Rolle 11 die Umlenkfunktion und der Rolle 10 die Spannfunktion zukommt. In diesem zweiten Betriebspunkt liegt demnach nunmehr der Hebelarm 16 mit seinem freien Ende an dem diesem zugeordneten Anschlag 22 an und es ist der Spannarm 12 von dem diesem zugeordneten Anschlag 21 weg geschwenkt.
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In den Figuren sind die auf den Riementrieb 2 im Bereich derjenigen Rolle 10 bzw. 11, die je nach Betriebszustand die Umlenkfunktion aufweist, wirkenden Kräfte F veranschaulicht sowie die Kräfte, die im Spannelement 20 wirksam sind, mit F veranschaulicht, wobei es hierbei nur auf die Richtung der Kraft F, nicht aber auf deren Größe ankommt. Ferner ist im Bereich der Rolle mit der Umlenkfunktion die auf diese resultierende Kraft Fres bezüglich deren Wirkrichtung verdeutlicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Zugmitteltrieb/Riementrieb
- 3
- Riemenscheibe
- 4
- Drehachse
- 5
- Startergenerator
- 6
- Riemenscheibe
- 7
- Drehachse
- 8
- Riemenscheibe
- 9
- Drehachse
- 10
- Rolle
- 11
- Rolle
- 12
- Spannarm
- 13
- Achse
- 14
- Achse
- 15
- Spannarm
- 16
- Hebelarm
- 17
- Achse
- 18
- Hebelarm
- 19
- Achse
- 20
- hydraulisches Spannelement
- 21
- Anschlag
- 22
- Anschlag
- A
- Laufrichtung
- Z
- Zugtrum
- L
- Leertrum
- F
- Kraft
