DE102010045302A1

DE102010045302A1 - Antriebsriemenspanner für eine Motor/Generator-Einheit

Info

Publication number: DE102010045302A1
Application number: DE102010045302A
Authority: DE
Inventors: William C. Saline Deneszczuk; Joel M. Northville Maguire
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: CN102022494B; DE102010045302B4; US20110070985A1; US8602930B2; CN102022494A

Abstract

Eine Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit umfasst eine Motor-Generator-Einheit, die eine drehbare Antriebsriemenscheibe aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie mit einem sich von dort erstreckenden Antriebsriemen in Eingriff steht. Ein Antriebsriemenanordnungsgehäuse ist an der Motor-Generator-Einheit befestigt und weist eine Innenfläche auf, die eine Öffnung definiert, durch die sich die drehbare Antriebsriemenscheibe der Motor-Generator-Einheit erstreckt. Ein Spannermontagering ist an dem Antriebsriemenanordnungsgehäuse montiert und mit Bezug auf dieses drehbar. Eine Spannerriemenscheibe ist zur Drehung an dem Spannermontagering montiert und derart ausgestaltet, dass sie mit dem Antriebsriemen auf einer Seite der Motor-Generator-Einheit-Antriebsriemenscheibe in Eingriff steht. Eine Vorspannanordnung, die ein erstes Ende aufweist, das an dem Spannermontagering montiert ist, und ein zweites Ende, das in einer festen Beziehung zu der Motor-Generator-Einheit montiert ist, übt eine Vorspannkraft auf den Spannermontagering aus, um den Ring und die Spannerriemenscheibe gegen den Antriebsriemen zu drehen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen und genauer ein Maschinennebenaggregat-Antriebssystem und einen Antriebsriemenspanner für ein derartiges Antriebssystem.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformation bezüglich der vorliegenden Offenbarung und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
Riemengetriebene Starter-Generator-Antriebsstrangsysteme (”BAS”-Antriebsstrangsysteme, BAS von Belt Alternator Starter) für Hybridfahrzeuge unterscheiden sich von herkömmlichen, nicht hybriden Systemen darin, dass die Antriebskraft oder das Antriebsdrehmoment, das erforderlich ist, um den Nebenaggregat-Antriebsriemen und die betreffenden Nebenaggregate zu drehen, nicht immer von der Kurbelwelle der Maschine durch eine Kurbelwellen-Riemenscheibe erzeugt wird. Während des Betriebs der Maschine liefert die Kurbelwelle der Maschine die Antriebskraft oder das Antriebsdrehmoment zum Rotieren einer Motor/Generator-Einheit (”MGU” von Motor Generator Unit) oder eines Starter-Generators, wobei im Allgemeinen für straffe und schlaffe Seiten des Antriebsriemens auf entgegengesetzten Seiten einer MGU-Riemenscheibe gesorgt wird. Während des Startens der Maschine unter Verwendung der MGU treibt jedoch die MGU den Nebenaggregat-Antriebsriemen und zugehörige Nebenaggregate an, was bewirkt, dass die schlaffe Seite des Riemens zur entgegengesetzten Seite der MGU-Riemenscheibe umschaltet. Dementsprechend sind in solchen Systemen im Allgemeinen Riemenspanner, ebenso wie Zwischenriemenscheiben erforderlich, die dazu verwendet werden, die Antriebsriemenspannen zu verkürzen, um dadurch das Potenzial für Antriebsriemendurchhang und resultierendes Rutschen zu minimieren.
Während eines maschinengetriebenen Betriebes der MGU und anderer Nebenaggregate werden die Belastungen, die auf den Antriebsriemen aufgebracht werden, durch die Leistung bestimmt, die erforderlich ist, um die Nebenaggregate, die die MGU-Einheit umfassen, anzutreiben. Die Nebenaggregat-Antriebslasten sind relativ leicht und erfordern dementsprechend eine mäßige bis niedrige Antriebsriemenspannung, um ein Durchrutschen des Riemens zu vermeiden. Andererseits muss die MGU während des Startens der Maschine unter Verwendung der MGU ausreichend Leistung zuführen, um die Maschine (Kurbelwelle, Kolben, Nockenwellen usw.) sowie die Nebenaggregate zu rotieren. Maschinenstarts erfordern daher einen signifikant höheren Grad an Antriebsriemenspannung, um eine Bewegung auf der Durchhangseite des Riemens zu steuern und sicherzustellen, dass der Riemen nicht rutschen wird. Infolge von Bauraumanforderungen der Maschine ist es üblich, getrennte Spanner- und Zwischenarme und Riemenscheiben mit unterschiedlichen Drehpunktlagen vorzusehen, um die notwendige Antriebsriemengeometrie für ein gutes Verhalten und eine gute Haltbarkeit zu erzielen. Mehrere Spanner, Zwischenarme und Riemenscheiben können den für das Nebenaggregat-Antriebssystem erforderlichen Raum vergrößern, was die Packung des BAS-Antriebsstrangsystems in manchen Fahrzeugarchitekturen nachteilig beeinflussen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit vorgesehen. Die Anordnung umfasst eine Motor-Generator-Einheit, die eine drehbare Antriebsriemenscheibe aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie mit einem sich von dort erstreckenden Antriebsriemen in Eingriff steht. Ein Antriebsriemenanordnungsgehäuse ist an der Motor-Generator-Einheit montiert und weist eine Innenfläche auf, die sich in Umfangsrichtung erstreckt, um eine Öffnung zu definieren, durch die sich die drehbare Antriebsriemenscheibe der Motor-Generator-Einheit erstreckt. Ein Spannermontagering ist mit Bezug auf das Antriebsriemenanordnungsgehäuse montiert und drehbar. Eine erste Spannerriemenscheibe ist zur Drehung an dem Spannermontagering montiert und derart ausgestaltet, dass sie mit dem Antriebsriemen auf einer Seite der Antriebsscheibe der Motor-Generator-Einheit in Eingriff steht, und eine Vorspannanordnung, die ein erstes Ende aufweist, das an dem Spannermontagering montiert ist, und ein zweites Ende, das in einer festen Beziehung mit der Motor-Generator-Einheit montiert ist, übt eine Vorspannkraft auf den Spannermontagering aus, um den Spannermontagering und die erste Spannerriemenscheibe gegen den Antriebsriemen zu rotieren.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Nebenaggregat-Antriebssystem für eine Maschine vorgesehen, die einen Motor-Generator zum Antreiben und zum Angetriebenwerden durch die Maschine aufweist. Das Nebenaggregat-Antriebssystem umfasst eine erste angetriebene Riemenscheibe, die mit einer Kurbelwelle der Maschine verbunden und damit drehbar ist, eine zweite angetriebene Riemenscheibe, die mit dem Motor-Generator verbunden und damit drehbar ist, und einen Antriebsriemen, der die erste angetriebene Riemenscheibe und die zweite angetriebene Riemenscheibe zum Antreiben einer der Riemenscheiben von der anderen Riemenscheibe verbindet. Eine Antriebsriemen-Spanneranordnung ist an der Motor-Generator-Einheit montiert und umfasst ein Antriebsriemenanordnungsgehäuse, das an der Motor-Generator-Einheit befestigt ist und eine Innenfläche aufweist, die sich in Umfangsrichtung erstreckt, um eine Öffnung zu definieren, durch die sich die zweite angetriebene Riemenscheibe der Motor-Generator-Einheit erstreckt. Ein Spannermontagering ist an dem Antriebsriemenanordnungsgehäuse montiert und mit Bezug auf dieses drehbar. Eine erste Spannerriemenscheibe ist zur Rotation an dem Spannermontagering montiert und derart ausgestaltet, dass sie mit dem Antriebsriemen auf einer ersten Seite der Antriebsriemenscheibe der Motor-Generator-Einheit in Eingriff steht, und eine Vorspannanordnung, die ein erstes Ende aufweist, das an dem Spannermontagering montiert ist, und ein zweites Ende, das in einer festen Beziehung mit der Motor-Generator-Einheit montiert ist, ist derart ausgestaltet, dass sie eine Vorspannkraft auf den Spannermontagering ausübt, um den Spannermontagering und die erste Spannerriemenscheibe gegen den Antriebsriemen zu drehen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Frontansicht eines Maschinensystems, das Merkmale der vorliegenden Erfindung enthält;
2 ist eine vergrößerte Ansicht einer in 1 gezeigten Antriebsriemen-Spanneranordnung;
3 ist eine Frontansicht eines Maschinensystems, das Merkmale einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält; und
4 ist eine vergrößerte Ansicht einer in 3 gezeigten Antriebsriemen-Spanneranordnung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht beschränken. Es ist zu verstehen, dass überall in den Ansichten entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile oder Merkmale angeben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht 1 schematisch eine Maschine 10 für ein Hybridfahrzeug (nicht gezeigt), das einen riemengetriebenen Starter-Generator-Nebenaggregatantrieb (belt alternator oder BAS-accessory drive) 12 aufweist. Das BAS-Nebenaggregat-Antriebssystem 12 umfasst eine Maschinennebenaggregat-Riemenscheibe 14, die zur Drehung an dem Ende einer Kurbelwelle 16 der Maschine montiert ist. Eine Motor-Generator-Einheit (”MGU” von Motor Generator Unit) 18 umfasst einen Elektromotor, der derart angetrieben werden kann, dass er als elektrischer Generator wirkt, um elektrische Leistung zu erzeugen, oder elektrische Leistung verwenden kann, um die Maschine 10 als Starter anzutreiben. Die MGU 18, die als Starter/Generator dient, ist an der Maschine 10 in einem seitlichen Abstand von der Maschinen-Antriebsriemenscheibe 14 montiert und umfasst eine MGU-Antriebsriemenscheibe 20, 2, die zur Drehung an der Welle 22 der MGU 18 montiert ist. Ein Klimaanlagenkompressor 24 kann ebenfalls an der Maschine 10 montiert sein und umfasst einen Klimaanlagen-Antriebsriemenscheibe 26, die für eine gekuppelte Rotation an der Welle 28 des Klimaanlagenkompressors 24 montiert ist. Zusätzlich ist eine Wasserpumpe 30 an der Maschine 10 montiert und umfasst ähnlich eine Wasserpumpen-Antriebsriemenscheibe 32, die zur Drehung an der Welle 34 des Wasserpumpen-Flügelrades (nicht gezeigt) montiert ist. Andere ähnlich montierte Maschinennebenaggregate, wie etwa eine Luftpumpe oder eine Servolenkpumpe als Beispiele, können dem BAS-Nebenaggregat-Antriebssystem 12 ebenfalls zugeordnet sein. Ein Nebenaggregat-Antriebsriemen 36 erstreckt sich zwischen allen Antriebs- und angetriebenen Riemenscheiben 14, 20, 26, 32 und steht mit diesen in Eingriff, um gemeinsam die Kurbelwelle 16 der Maschine, die MGU 18, den Klimaanlagenkompressor 24, die Wasserpumpe 30 und ein jedes andere optionale Nebenaggregat zu rotieren.
Die MGU 18 dient sowohl als Generator, wenn die Maschine läuft und mechanische Leistung erzeugt, die notwendig ist, um den Elektromotor zu drehen und die mechanische Leistung in einem Stromerzeugungsmodus in elektrische Leistung umzuwandeln, und als Startmotor, wenn die Maschine aus ist, wobei das Fahrzeug in einem Hybridmodus arbeitet, und der Elektromotor verwendet wird, um in einem Startmodus die Maschine 10 anzudrehen. Die MGU 18 wird durch den Antriebsriemen 36 in dem Stromerzeugungsmodus ”angetrieben”, ”treibt” aber den Riemen in dem Start- oder Anlassmodus der Maschine an. In dem Stromerzeugungsmodus ist der obere Lauf oder die obere Spanne 36' des Antriebsriemens 36 straff, während der untere Lauf oder die untere Spanne 36'' schlaff ist. Die Situation ist während des Start- oder Anlassmodus umgekehrt, so dass der obere Lauf 36' schlaff ist, während der untere Lauf 36'' straff ist. Um den Antriebsriemen 36 richtig zu spannen, umfasst das BAS-Nebenaggregat-Antriebssystem 12 einen oder mehrere Spanner und Zwischenriemenscheiben, um ein Rutschen des Antriebsriemens zu verhindern, wenn die MGU 18 in dem angetriebenen oder dem Antriebsmodus ist.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist in einer beispielhaften Ausführungsform eine Antriebsriemen-Spanneranordnung 38 an die MGU 18 angebaut und umfasst ein äußeres Gehäuse 40, das einstückig mit dem MGU-Gehäuse 41 aufgebaut oder an dem MGU-Gehäuse an Anbringungspunkten oder Vorsprüngen 42 angebracht sein kann, so dass das Außengehäuse 40 der Antriebsriemenanordnung (rotatorisch) relativ zu der MGU 18 fest ist. Zur Drehung innerhalb des äußeren Gehäuses 40 der Antriebsriemenanordnung ist ein Spannermontagering 43 angeordnet. Der Spannermontagering 43 kann auf Lagern (nicht gezeigt) laufen, die zwischen seiner Außenfläche 44 und der Innenfläche 46 des äußeren Gehäuses 40 der Antriebsriemenanordnung angeordnet sind. Infolgedessen fungiert das äußere Gehäuse 40 in großem Maße auf die gleiche Weise wie der äußere Laufring eines Wälzlagers, da es den drehbaren Spannermontagering 43 darin lagert.
In einer beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich die MGU-Welle 22 und die MGU-Antriebsriemenscheibe 20 durch den Innenumfang 48 des Spannerbefestigungsrings 43, damit die MGU-Antriebsriemenscheibe mit dem Nebenaggregat-Antriebsriemen 36 in Eingriff steht und dadurch die oberen und die unteren Antriebsriemenspannen oder -läufe 36' bzw. 36'' definiert. Der Spannermontagering 43 umfasst eine erste Spannerriemenscheibe 50, die zur Drehung auf einer Welle 52 montiert ist, die an dem Montagering befestigt ist und sich von dort nach außen parallel zu der Achse 54 der MGU-Welle 22 erstreckt. Die erste Spannerriemenscheibe 50 steht mit dem unteren Lauf 36'' des Nebenaggregat-Antriebsriemens 36 in Eingriff, und bei einer Drehung des Spannermontagerings 43 innerhalb des äußeren Gehäuses 40 der Antriebsriemenanordnung wird zugelassen, dass die Spannerriemenscheibe sich in einer planetenartigen Beziehung mit Bezug auf die MGU-Wellenachse 54 und der zugehörigen MGU-Antriebsriemenscheibe 20 bewegt.
An den Spannermontagering 43 ist auch eine Vorspannanordnung 56 montiert, die in einer beispielhaften Ausführungsform in der Form einer hydraulischen Strebe vorliegen kann, die einen zentralen Hydraulikzylinder 58 umfasst, der von einer Schraubendruckfeder 60 umgeben ist. Die Vorspannanordnung 56 ist schwenkbar mit dem Spannermontagering 43 an einem ersten Ende 62 durch einen Drehstift 64 verbunden, der an dem Spannermontagering befestigt ist. Ein zweites Ende 66 der Vorspannanordnung 56 ist schwenkbar durch einen zweiten Drehzapfen 70 an einem äußeren Montagepunkt verbunden, der an der Maschine 10 gelegen sein kann, oder kann eine Verlängerung des äußeren Gehäuses 40 der Antriebsriemenanordnung oder des MGU-Gehäuses 41 umfassen, so dass der Montagepunkt in einer festen Beziehung zu der MGU 18 steht. Die Vorspannanordnung 56 ist derart ausgestaltet, dass die Schraubendruckfeder 60 ständig gegen den ersten und zweiten Drehstift 64, 70 vorgespannt ist, so dass der zentrale Hydraulikzylinder 58 in einer Richtung ausgefahren wird, für die der zentrale Hydraulikzylinder für eine freie Bewegung intern entworfen ist. Die Ausfahrvorspannung der Vorspannanordnung 56 dient dazu, den Spannermontagering 43 drehbar in dem äußeren Gehäuse 40 der Antriebsriemenanordnung gemeinsam mit der zugehörigen Spannerriemenscheibe 50 gegen den unteren Lauf 36'' des Antriebsriemens 36 zu drängen, um die Spannung in dem unteren Lauf 36'' aufrechtzuerhalten, wenn die MGU 18 in dem durch die Kurbelwelle angetriebenen, elektrischen Strom erzeugenden Modus ist. Jedoch umfasst der zentrale Hydraulikzylinder 58 interne geschwindigkeitsempfindliche Dämpfungseinrichtungen (nicht gezeigt), die die Kompressionsrate, die durch Kräfte hervorgerufen wird, die gegen ihn wirken können, begrenzen.
In einer beispielhaften Ausführungsform weist der Spannerarm 74 ein erstes Ende 76 auf, das an einem Unterstützungsvorsprung 75 montiert ist, der sich von dem äußeren Gehäuse 40 der Antriebsriemenanordnung oder der Maschine 10 zur Drehung um den Drehpunkt 78 erstrecken kann. Eine zweite Spannerriemenscheibe 72 ist an einem zweiten Ende 77 des Spannerarms 74 zur Drehung um eine Welle 80 montiert. Die zweite Spannerriemenscheibe 72 der Antriebsriemen-Spanneranordnung 38 ist gegen den oberen Lauf 36' des Antriebsriemens 36 durch ein Vorspannelement, wie eine konzentrische Schraubenfeder, vorgespannt, die sich um den Drehzapfen 78 (nicht gezeigt) erstreckt, welche auf den Spannerarm 74 wirkt und über einen Drehbereich ”a” arbeitet, um eine Spannung in dem oberen Lauf 36' aufrechtzuerhalten, wenn die MGU 18 in dem Start- oder Anlassmodus der Maschine arbeitet.
Wie es in 2 veranschaulicht ist, spannt die Spannerriemenscheibe 50 der Antriebsriemen-Spanneranordnung 38 während des normalen Betriebs der Maschinenanordnung 10 (d. h. durch die Kurbelwelle angetriebene MGU 18) die untere Antriebsriemenspanne 36'' mit einer Kraft, die durch die Schraubendruckfeder 60 bestimmt wird, welche ausreichend ist, um jeglichen Durchhang in der Riemenspanne aufzunehmen. Gleichzeitig läuft die zweite Spannerriemenscheibe 72 gegen den Antriebsriemen 36 auf der entgegengesetzten Seite der MGU-Antriebsriemenscheibe 20 auf der gespannten Riemenspanne 36'. Die Lagen der Spannerriemenscheibe 72, der Spannerriemenscheibe 50 und folglich des Spannermontagerings 43 bleiben während des normalen, stationären Maschinenbetriebs relativ konstant, und die Spannerkräfte, die auf den Antriebsriemen 36 aufgebracht werden, sind ausreichend, um beide Riemenläufe 36 und 36'' während eines derartigen Betriebs zu steuern, wenn die Maschine die verschiedenen Nebenaggregate und die MGU 18 antreibt. In diesem Modus sind die Kräfte, die auf die Lagersysteme der verschiedenen Riemenscheiben und Nebenaggregate wirken, moderaten Belastungen ausgesetzt, die nur ausreichen, um die Nebenaggregate und die MGU 18 ohne Rutschen des Riemens von der Maschinenantriebsriemenscheibe 14 anzutreiben.
Wie es in 2 gestrichelt gezeigt ist, ist in dem Fall von schnellen Maschinendrehzahlwechseln während eines vorübergehenden Betriebs der Maschinenanordnung 10 oder bei einem Übergang der MGU 18 von dem angetriebenen Modus in den Anlass- oder Startmodus der Maschine die Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 60 unzureichend, um die Spannerriemenscheibe 50 gegen die Kraft (”F_MGU”), die auf den unteren Riemenlauf 36'' ausgeübt wird, in Position zu halten. In der letzteren, relativ kurzen Betriebsperiode des BAS-Nebenaggregat-Antriebssystems 12 bringt die Vorspannanordnung 56 eine hydraulische Dämpfungskraft auf den Spannermontagering 43 und die zugehörige erste Spannerriemenscheibe 50 auf, die eine Kontraktion der Vorspannanordnung 56 zu einer langsamen Änderungsrate zurückhält, wodurch eine geschwindigkeitsempfindliche Dämpfung an dem BAS-Nebenaggregat-Antriebssystem 12 angewendet wird. Der zentrale Hydraulikzylinder 58 bringt somit eine Haltekraft auf, die der Kompression der Schraubenfeder 60 und folglich der Bewegung des Spannermontagerings 43 und der zugehörigen Spannerriemenscheibe 50 entgegenwirkt, die aus einer Zunahme der Kraft F_MGU resultiert, die auf den Riemen 36 in dem unteren Riemenlauf 36'' aufgebracht wird, so dass der Spannermontagering 43 und die zugehörige Spannerriemenscheibe 50 sich innerhalb des äußeren Gehäuses 40 der Antriebsriemenanordnung mit einer nur sehr langsamen Geschwindigkeit bewegen können. In diesem Betriebsmodus wird die Anfangslage der Spannerriemenscheibe 50 um einen relativ kleinen Betrag während der relativ kurzen Startperiode der Maschine verändert, in welcher die Riemenspannung in dem unteren Lauf 36'' signifikant erhöht ist. Gleichzeitig wird die zweite Spannerriemenscheibe 72 durch den vorgespannten Spannerarm 74 nach unten in die obere Spanne 36 verschwenkt, wie es notwendig ist, um den erhöhten Durchhang in der Spanne aufzunehmen, während die Maschine 10 durch die MGU 18 gestartet wird.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die in den 3 und 4 veranschaulicht ist, ist eine Antriebsriemen-Spanneranordnung 38 an die MGU 18 gebaut und umfasst ein inneres Gehäuse 110 der Antriebsriemenanordnung, das einstückig mit dem MGU-Gehäuse 41 konstruiert oder an dem MGU-Gehäuse an Anbringungspunkten oder Vorsprüngen 42 angebracht sein kann, so dass das innere Gehäuse 110 der Antriebsriemenanordnung (rotatorisch) relativ zu der MGU 18 fest ist. Zur Drehung um den Außenumfang des inneren Gehäuses 110 der Antriebsriemenanordnung ist ein Spannermontagering 112 angeordnet. Der Spannermontagering 112 kann auf Lagern (nicht gezeigt) laufen, die zwischen seiner Innenfläche 114 und der Außenfläche 116 des inneren Gehäuses 110 der Antriebsriemenanordnung angeordnet sind. Infolgedessen funktioniert das innere Gehäuse 110 der Antriebsriemenanordnung in großem Maße auf die gleiche Weise wie der innere Laufring eines Wälzlagers, da es den drehbaren Spannermontagering 112 zur Drehung darauf lagert.
In einer beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich die MGU-Welle 22 und der MGU-Antriebsriemen 20 durch den Innenumfang 48 des inneren Spanneranordnungsgehäuses 110, damit die MGU-Antriebsriemenscheibe mit dem Nebenaggregat-Antriebsriemen 36 in Eingriff steht, und definieren jeweils die oberen bzw. die unteren Antriebsriemenspannen oder -läufe 36' bzw. 36''. Der Spannermontagering 112 umfasst eine Spannerriemenscheibe 50, die zur Drehung auf einer Welle 52 montiert ist, die an dem Montagering befestigt ist und sich von dort parallel zu der Achse 54 der MGU-Welle 22 nach außen erstreckt. Die Spannerriemenscheibe 50 steht mit dem unteren Lauf 36'' des Nebenaggregat-Antriebsriemens 36 in Eingriff, und die Spannerriemenscheibe 50 kann bei Drehung des Spannermontagerings 112 um den Außenumfang des inneren Gehäuses 110 der Antriebsriemenanordnung sich in einer planetenartigen Beziehung mit Bezug auf die MGU-Wellenachse 54 und die zugehörige MGU-Antriebsriemenscheibe 20 bewegen.
Ebenso ist an dem Spannermontagering 112 eine Vorspannanordnung 56 montiert, die in einer beispielhaften Ausführungsform in der Form einer hydraulischen Strebe vorliegen kann, die einen zentralen Hydraulikzylinder 58 umfasst, der von einer Schraubendruckfeder 60 umgeben ist. Die Vorspannanordnung 56 ist schwenkbar mit dem Spannermontagering 112 an einem ersten Ende 62 durch einen Drehstift 64 verbunden, der an dem Spannermontagering befestigt ist. Ein zweites Ende 66 der Vorspannanordnung 56 ist schwenkbar durch einen zweiten Drehstift 70 an einem äußeren Montagepunkt verbunden, der an der Maschine 10 angeordnet sein oder eine Verlängerung des MGU-Gehäuses 4 umfassen kann, so dass der Montagepunkt in einer festen Beziehung zu der MGU 18 steht. Die Vorspannanordnung 56 ist derart ausgestaltet, dass die Schraubendruckfeder 60 kontinuierlich gegen den ersten und zweiten Drehstift 64, 70 Vorspannung ausübt, um den zentralen Hydraulikzylinder 58 in eine Ausfahrrichtung, für die der zentrale Hydraulikzylinder für eine freie Bewegung intern konstruiert ist, zu drängen. Die Ausfahrvorspannung der Vorspannanordnung 56 dient dazu, den Spannermontagering 112 drehbar um das innere Gehäuse 110 der Antriebsriemenanordnung in einer Richtung in Gegenuhrzeigersinn (wie in den Figuren betrachtet) zu drangen, um die zugehörige Spannerriemenscheibe 50 gegen den unteren Lauf 36'' des Antriebsriemens 36 zu drängen und somit die Spannung in dem unteren Lauf 36'' aufrechtzuerhalten, wenn die MGU 18 in dem durch die Kurbelwelle angetriebenen, elektrischen Strom erzeugenden Modus ist. Jedoch umfasst der zentrale Hydraulikzylinder 58 interne geschwindigkeitsempfindliche Dämpfungseinrichtungen (nicht gezeigt), die die Kompressionsrate begrenzen, die durch Kräfte hervorgerufen wird, die gegen ihn wirken.
In einer beispielhaften Ausführungsform weist der Spannerarm 74 ein erstes Ende 76 auf, das an einem Unterstützungsvorsprung 75 der Maschine 10 zur Rotation um einen Drehstift 78 montiert ist. Eine zweite Spannerriemenscheibe 72 ist an einem zweiten Ende 77 des Spannerarms 74 zur Drehung um eine Welle 80 montiert. Die zweite Spannerriemenscheibe 72 der Antriebsriemen-Spanneranordnung 38 wird gegen den oberen Lauf 36' des Antriebsriemens 36 durch ein Vorspannelement, wie etwa eine konzentrische Schraubenfeder, vorgespannt, die sich um einen Drehstift 78 (nicht gezeigt) erstreckt und welche auf den Spannerarm 74 wirkt und über einen Drehbereich ”α” arbeitet, um eine Spannung in dem oberen Lauf 36' des Antriebsriemens aufrechtzuerhalten.
Wie es in 4 veranschaulicht ist, spannt die Spannerriemenscheibe 50 der Antriebsriemen-Spanneranordnung 38 während des normalen Betriebs der Maschinenanordnung 10 (durch die Kurbelwelle angetriebene MGU 18) die untere Antriebsriemenspanne 36'' mit einer Kraft, die durch die Schraubendruckfeder 60 bestimmt wird, die ausreicht, um jeglichen Durchhang in der Riemenspanne aufzunehmen. Gleichzeitig läuft die zweite Spannerriemenscheibe 72 gegen den Antriebsriemen 36 auf der entgegengesetzten Seite der MGU-Antriebsriemenscheibe 20 auf der gespannten Riemenspanne 36'. Die Positionen der Spannerriemenscheibe 72, der Spannerriemenscheibe 50 und folglich des Spannermontagerings 112 bleiben während des normalen, stationären Betriebs der Maschine relativ konstant, und die Spannerkräfte, die auf den Antriebsriemen 36 aufgebracht werden, sind relativ moderat, obwohl ausreichend, um beide Riemenläufe 36' und 36'' während eines solchen Betriebs, wenn die Maschine die verschiedenen Nebenaggregate und die MGU 18 antreibt, zu steuern. Auf diese Weise sind die Kräfte, die auf die Lagersystem der verschiedenen Riemenscheiben und Nebenaggregate wirken, mäßigen Belastungen ausgesetzt, die nur ausreichen, um die Nebenaggregate und die MGU 18 von der Maschinenantriebsriemenscheibe 14 ohne Rutschen des Antriebsriemens anzutreiben, wodurch potenziell Verschleiß einleitende Kräfte auf den Wellenlagern der verschiedenen Maschinennebenaggregate verringert werden.
Wie es in 4 gestrichelt gezeigt ist, ist die Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 60 in dem Fall schneller Maschinendrehzahlwechsel während eines vorübergehenden Betriebes der Maschinenanordnung 10 oder bei einem Übergang der MGU 18 von dem angetriebenen Modus in den Anlass- oder Startmodus der Maschine unzureichend, um die Spannerriemenscheibe 50 gegen die Kraft (”F_MGU”), die auf den unteren Riemenlauf 36'' ausgeübt wird, in Position zu halten. Unter der letzteren, relativ kurzen Betriebsperiode des BAS-Nebenaggregat-Antriebssystems 12 bringt der zentrale Hydraulikzylinder 58 der Vorspannanordnung 56 eine hydraulische Dämpfungskraft auf die Vorspannanordnung auf, die eine Kontraktion der Schraubendruckfeder 60 auf einer niedrigen Änderungsrate hält, wodurch eine geschwindigkeitsempfindliche Dämpfung für das BAS-Nebenaggregat-Antriebssystem 12 angewendet wird. Der zentrale Hydraulikzylinder 58 bringt somit eine Haltekraft auf, die einer Bewegung des Spannermontagerings 112 und der zugehörigen Spannerriemenscheibe 50 entgegenwirkt, die aus der Zunahme der Kraft resultiert, die auf den Riemen 36 in dem unteren Riemenlauf 36'' aufgebracht wird, so dass der Spannermontagering 112 und die zugehörige Spannerriemenscheibe 50 sich um das innere Gehäuse 110 der Antriebsriemenanordnung mit einer sehr langsamen Rate bewegen können. In diesem Betriebsmodus wird die anfängliche Lage der Spannerriemenscheibe 50 um einen relativ kleinen Betrag während des relativ kurzen Startzyklus der Maschine verändert, in welchem die Riemenspannung in dem unteren Lauf 36'' wesentlich erhöht ist. Gleichzeitig wird die zweite Spannerriemenscheibe 72 durch den vorgespannten Spannerarm 74 nach unten in die obere Spanne 36' verschwenkt, wie es notwendig ist, um den erhöhten Durchhang in der Spanne aufzunehmen, während die Maschine 10 durch die MGU 18 gestartet wird.
Indem eine an der MGU montierte Antriebsriemen-Spanneranordnung 38 vorgesehen wird, die mehrere Spannerriemenscheiben 50 und 72 umfasst, die betreibbar sind, um die richtige Spannung in sowohl dem oberen als auch dem unteren Lauf 36' und 36'' des Nebenaggregat-Antriebsriemens 36 aufrechtzuerhalten, kann eine einzige Anordnung für mehrere BAS-Hybrid-Maschinenanwendungen ohne die Notwendigkeit für wesentliche Umpackungsaufwendungen oder Maschinenmodifikationen für jede Maschinen-/Fahrzeuganwendung verwendet werden. Die beispielhaften, an der MGU montierten Antriebsriemen-Spanneranordnungen 38 können der Maschinen- oder Fahrzeugmontageanlage praktisch als eine einzige Einheit angeliefert werden, die für mehrere BAS-Hybrid-Maschinenanwendungen lediglich mit einem Neuabstimmen (auf der Basis der Leistung der Maschine und anderer Variablen) der Dämpfungs-/Vorspanneigenschaften des zentralen Hydraulikzylinders 58 und der Schraubendruckfeder 60 verwendet werden können. Eine derartige Spanneinrichtung mit nahezu ”universeller” Anwendung kann den Effekt eines Vordefinierens der Bauraumanforderungen vor der Maschine aufweisen, wodurch weiterer Bauraum für andere Verbesserungen der Maschinentechnologie freigegeben wird.
Obwohl die Erfindung primär anhand eines BAS-Hybrid-Maschinensystems beschrieben worden ist, ist in Betracht zu ziehen, dass es Anwendungen für die Erfindung in Nicht-BAS-Systemen gibt, die einen hohen Grad an kurzzeitigen Antriebsriemenspannen erfordern können, wie etwa bei Maschinen mit höherem Leistungsvermögen, bei welchen häufig schnelle Drehzahlauslenkungen erwartet werden können, und daher sollte die Erfindung nicht auf hierin enthaltenden beschreibenden Ausführungsformen beschränkt sein.
Obgleich die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente für Elemente davon eingesetzt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein besonderes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Art zum Ausführen dieser Erfindung in Betracht gezogen wird, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der vorliegenden Anmeldung fallen.

Claims

Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit, umfassend: eine Motor-Generator-Einheit, die eine drehbare Antriebsriemenscheibe aufweist, welche derart ausgestaltet ist, dass sie mit einem sich von dort erstreckenden Antriebsriemen in Eingriff steht; ein Antriebsriemenanordnungsgehäuse, das an der Motor-Generator-Einheit befestigt ist und eine Innenfläche aufweist, die sich in Umfangsrichtung erstreckt, um eine Öffnung zu definieren, durch die sich die drehbare Antriebsriemenscheibe der Motor-Generator-Einheit erstreckt; einen Spannermontagering; der an dem Antriebsriemenanordnungsgehäuse montiert und mit Bezug auf dieses drehbar ist; eine erste Spannerriemenscheibe, die zur Drehung an dem Spannermontagering montiert und derart ausgestaltet ist, dass sie mit dem Antriebsriemen auf einer ersten Seite der Antriebsriemenscheibe der Motor-Generator-Einheit in Eingriff steht; und eine Vorspannanordnung, die ein erstes Ende aufweist, das an dem Spannermontagering montiert ist, und ein zweites Ende, das in einer festen Beziehung zu der Motor-Generator-Einheit montiert ist, und die derart ausgestaltet ist, dass sie eine Vorspannkraft auf den Spannermontagering ausübt, um den Spannermontagering und die erste Spannerriemenscheibe gegen den Antriebsriemen zu drehen.
Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Spannerarm, der schwenkbar in einer festen Beziehung mit der Motor-Generator-Einheit an einem ersten Ende montiert ist; eine zweite Spannerriemenscheibe, die zur Drehung an einem zweiten Ende des Spannerarms montiert und derart ausgestaltet ist, dass sie mit dem Antriebsriemen in Eingriff steht; und ein Vorspannelement, das dem Spannerarm zugeordnet und ausgestaltet ist, um die zweite Spannerriemenscheibe in Eingriff gegen den Antriebsriemen auf einer zweiten Seite der Antriebsriemenscheibe der Motor-Generator-Einheit vorzuspannen.
Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit nach Anspruch 2, wobei der Spannerarm an einem Unterstützungsvorsprung montiert ist, der sich von dem Antriebsriemenanordnungsgehäuse nach außen erstreckt.
Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit nach Anspruch 1, wobei das Antriebsriemenanordnungsgehäuse einstückig mit einem Gehäuse der Motor-Generator-Einheit ist.
Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit nach Anspruch 1, wobei der Spannermontagering zur Drehung mit dem Antriebsriemenanordnungsgehäuse zur Drehung relativ zu der Innenfläche davon angeordnet ist und eine Spannermontagering-Innenfläche aufweist, die sich in Umfangsrichtung erstreckt, um eine Öffnung zu definieren, durch die sich die drehbare Antriebsriemenscheibe der Motor-Generator-Einheit erstreckt.
Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit nach Anspruch 1, wobei der Spannermontagering zur Drehung um eine Außenfläche des Antriebsriemenanordnungsgehäuses zur Drehung relativ dazu angeordnet ist.
Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit nach Anspruch 6, ferner umfassend: einen Spannerarm, der schwenkbar in fester Beziehung mit der Motor-Generator-Einheit an einem ersten Ende montiert ist; eine zweite Spannerriemenscheibe, die zur Drehung an einem zweiten Ende des Spannerarms montiert und derart ausgestaltet ist, dass sie mit dem Antriebsriemen in Eingriff steht; und ein Vorspannelement, das dem Spannerarm zugeordnet und ausgestaltet ist, um die Spannerriemenscheibe in Eingriff gegen den Antriebsriemen auf einer zweiten Seite der Motor-Generator-Einheit-Antriebsriemenscheibe vorzuspannen.
Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit nach Anspruch 1, wobei die Vorspannanordnung ferner umfasst: ein Vorspannelement, das eine Vorspannkraft auf den Spannermontagering ausübt; und eine Dämpfungsanordnung, die dem Vorspannelement zugeordnet ist, um eine schnelle Kompression des Vorspannelements zu verhindern, die durch einen schnellen vorübergehenden Krafteingang in die erste Spannerriemenscheibe durch die Motor-Generator-Einheit, die auf den Antriebsriemen wirkt, hervorgerufen wird.
Antriebsriemen-Spanneranordnung für eine Motor-Generator-Einheit nach Anspruch 8, wobei das Vorspannelement eine Schraubendruckfeder umfasst, und die Dämpfungsanordnung einen Hydraulikzylinder umfasst, der ausgestaltet ist, um eine geschwindigkeitsempfindliche Dämpfung auf den Spannermontagering aufzubringen.
Nebenaggregat-Antriebssystem für eine Maschine, die eine Motor-Generator-Einheit zum Antreiben und Angetriebenwerden durch die Maschine aufweist, wobei das Nebenaggregat-Antriebssystem umfasst: eine erste angetriebene Riemenscheibe, die mit einer Kurbelwelle der Maschine verbunden und mit dieser drehbar ist; eine zweite angetriebene Riemenscheibe, die mit der Motor-Generator-Einheit verbunden und mit dieser drehbar ist; einen Antriebsriemen, der die erste angetriebene Riemenscheibe und die zweite angetriebene Riemenscheibe zum Antreiben der einen Riemenscheibe von der anderen Riemenscheibe verbindet; eine Antriebsriemen-Spanneranordnung, die an der Motor-Generator-Einheit montiert ist, wobei der Antriebsriemenspanner umfasst: ein Antriebsriemenanordnungsgehäuse, das an der Motor-Generator-Einheit befestigt ist und eine Innenfläche aufweist, die sich in Umfangsrichtung erstreckt, um eine Öffnung zu definieren, durch die sich die zweite angetriebene Riemenscheibe der Motor-Generator-Einheit erstreckt; einen Spannermontagering, der an dem Antriebsriemenanordnungsgehäuse montiert und mit Bezug auf dieses drehbar ist; eine erste Spannerriemenscheibe, die zur Drehung an dem Spannermontagering montiert und derart ausgestaltet ist, dass sie mit dem Antriebsriemen auf einer ersten Seite der Motor-Generator-Einheit-Antriebsriemenscheibe in Eingriff steht; und eine Vorspannanordnung, die ein erstes Ende aufweist, das an dem Spannermontagering montiert ist, und ein zweites Ende, das in einer festen Beziehung zu der Motor-Generator-Einheit montiert ist, und die derart ausgestaltet ist, dass sie eine Vorspannkraft auf den Spannermontagering ausübt, um den Spannermontagering und die erste Spannerriemenscheibe gegen den Antriebsriemen zu drehen.