DE102011086188A1

DE102011086188A1 - Riementrieb

Info

Publication number: DE102011086188A1
Application number: DE201110086188
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Reik; Mikhail Gvozdev; Roland Seebacher
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-06-14
Also published as: DE112011104292A5; WO2012075987A1

Abstract

Ein Riementrieb zur Übertragung eines Drehmoments einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors, an mindestens ein Nebenaggregat, insbesondere Generator einer Lichtmaschine, weist eine mit der Antriebswelle verbindbare Antriebsscheibe und mindestens eine mit einem zugeordnetem Nebenaggregat verbindbare Abtriebsscheibe auf, wobei die Abtriebsscheibe zum Betrieb des Nebenaggregats ein Widerstandsmoment bereitstellt. Mit der Antriebsscheibe und der Abtriebsscheibe ist ein Zugmittel, insbesondere ein Zugriemen gekoppelt. Erfindungsgemäß ist eine mit dem Nebenaggregat verbindbare Steuereinrichtung vorgesehen, wobei durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einer periodisch auftretenden Ungleichförmigkeit der Drehzahl der Antriebsscheibe das über die Abtriebsscheibe bereitstellbare Widerstandsmoment absenkbar ist. Die dynamische Belastung des Zugmittels kann dadurch reduziert werden, wodurch die Lebensdauer des Riementriebs erhöht werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Riementrieb zur Übertragung eines Drehmoments einer Antriebswelle an mindestens ein Nebenaggregat, mit dessen Hilfe beispielsweise das Drehmoment einer Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors mit Hilfe eines Zugriemens beispielsweise an einen Generator einer Lichtmaschine übertragen werden kann.
Es ist bekannt eine Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors mit einer außerhalb eines Motorblocks angeordneten Antriebsscheibe zu verbinden. Die Antriebsscheibe ist über einen Flachriemen oder Keilriemen mit mindestens einer weiteren Abtriebsscheibe verbunden, wobei über die jeweilige Abtriebsscheibe ein Nebenaggregat, beispielsweise Generator einer Lichtmaschine, Ölpumpe, Kraftstoffpumpe oder Ähnliches, angetrieben werden kann. Um mit Hilfe des Zugriemens ein ausreichend großes Drehmoment über die Abtriebsscheiben abzugeben, wird der Zugriemen mit Hilfe eines Riemenspanners vorgespannt, so dass der Zugriemen mit einer Vorspannung von beispielsweise 900 N vorgespannt ist.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis die Lebensdauer eines Riementriebs zu erhöhen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Riementrieb sowie ein Verfahren zum Betreib eines Riementriebs zu schaffen, mit deren Hilfe eine hohe Lebensdauer für den Riementrieb ermöglicht ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Riementrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines Riementriebs mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Der erfindungsgemäße Riementrieb zur Übertragung eines Drehmoments einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors, an mindestens ein Nebenaggregat, insbesondere Generator einer Lichtmaschine, weist eine mit der Antriebswelle verbindbare Antriebsscheibe und mindestens eine mit einem zugeordneten Nebenaggregat verbindbare Abtriebsscheibe auf, wobei die Abtriebsscheibe zum Betrieb des Nebenaggregats ein Widerstandsmoment bereitstellt. Mit der Antriebscheibe und der Abtriebsscheibe ist ein Zugmittel, insbesondere Zugriemen, gekoppelt. Erfindungsgemäß ist eine mit dem Nebenaggregat verbindbare Steuereinrichtung vorgesehen, wobei durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einer periodisch auftretenden Ungleichförmigkeit der Drehzahl der Antriebsscheibe das über die Abtriebsscheibe bereitstellbare Widerstandsmoment absenkbar ist.
Durch das Absenken des Widerstandsmoments mit Hilfe der Steuereinrichtung können durch die Ungleichförmigkeit der Drehzahl der Antriebsscheibe verursachte Spannungsspitzen innerhalb des Zugmittels reduziert werden, so dass die Lebensdauer des Zugmittels erhöht werden kann. Insbesondere ist es möglich die Vorspannung für das Zugmittel zu reduzieren ohne eine ausreichende Drehmomentsübertragung an das jeweilige Nebenaggregat zu gefährden. Dadurch kann die Gesamtbelastung des Zugmittels reduziert werden, wodurch sich die Lebensdauer des Zugmittels weiter erhöht. Insbesondere kann durch die geringeren Belastungen des Zugmittels die Lebensdauer des Zugmittels soweit erhöht werden, dass die Lebensdauer des Zugmittels der Lebensdauer eines Kraftfahrzeugmotors entspricht. Dadurch ist ein Austausch des Zugmittels während der Lebensdauer des Kraftfahrzeugmotors nicht erforderlich. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass aufgrund der durch die motorische Verbrennung verursachten Ungleichförmigkeit der Drehzahl der Kurbelwelle und einer mit der Kurbelwelle verbundenen Antriebsscheibe das Zugmittel in periodischen und vorhersehbaren Abständen beschleunigt wird. Bei der periodischen Beschleunigung des Zugmittels ist es erforderlich die über die Abtriebsscheiben angebundenen Nebenaggregate ebenfalls zu beschleunigen, wobei hierzu die Massenträgheit der Nebenaggregate überwunden werden muss. Durch die Reduzierung des Widerstandsmoments einer Abtriebsscheibe, indem beispielsweise ein Nebenaggregat mit Hilfe der Steuereinrichtung kurzzeitig im Wesentlichen lastfrei geschaltet wird, kann das zu überwindende Gesamtwiderstandsmoment reduziert werden, wodurch sich die Spannungsspitzten entlang des Zugmittels bei einem Beschleunigen des Zugmittels reduzieren lassen. Hierbei wird zusätzlich die Erkenntnis ausgenutzt, dass es bei den über das Zugmittel angebundenen Nebenaggregaten in der Regel unschädlich ist, wenn kurzzeitig ein Drehmomenteintrag ausbleibt. In der Regel sind die Nebenaggregate hinreichend überdimensioniert, dass auch bei geringen Drehzahlen und geringen von der Antriebswelle bereitgestellten Drehmomenten mit einer hinreichend hohen Sicherheit eine ausreichende Funktionalität gewährleistet ist.
Der Riementrieb kann insbesondere mit einem Kraftfahrzeugmotor verbunden sein. Das Zugmittel des Riementriebs kann mit einem Riemenspanner vorgespannt sein, wobei durch den Riemenspanner beispielsweise eine Vorspannung von 700 N ± 150 N oder 250 N ± 100 N bereitgestellt werden kann. Die Antriebsscheibe kann direkt oder indirekt mit der Antriebswelle, insbesondere der Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors, verbunden sein. Zwischen der Antriebsscheibe und der Antriebswelle kann ein Riemenscheibendämpfer oder ein Riemenscheibenentkoppler jeweils mit oder ohne Freilauf vorgesehen sein. Ferner kann die Antriebsscheibe mit einem Dämpferelement, beispielsweise einen Gummitilger, verbunden sein, um zumindest einen Teil der Ungleichförmigkeiten der Drehzahl zu kompensieren. Bei einer hinreichend an die Ungleichförmigkeiten der Antriebswelle angepassten Regelstrategie der Steuereinrichtung ist es jedoch möglich auf einen Riemenscheibendämpfer, einen Riemenscheibenentkoppler, ein Dämpferelement oder ähnliche Mittel zur Kompensation der Drehzahl-Ungleichförmigkeiten der Antriebswelle zu verzichten. Als Zugmittel kann insbesondere ein Flachriemen oder ein quer verzahnter oder längs verzahnter Zahnriemen verwendet werden. Der Umschlingungswinkel einer Abtriebsscheibe für das Zugmittel ist insbesondere in Abhängigkeit des zu erwartenden Widerstandsmoments gewählt, um eine sichere Drehmomentübertragung zu gewährleisten. Erforderlichenfalls kann mit Hilfe von Umlenkrollen ein entsprechend hoher Umschlingungswinkel sichergestellt werden. Die periodisch auftretenden Ungleichförmigkeiten der Drehzahl der Antriebsscheibe können beispielsweise durch eine Messung der Winkellage der Antriebswelle detektiert werden. Es ist auch möglich bei einem Kraftfahrzeugmotor die Winkellage einer Nockenwelle zur Ventilbetätigung eines Verbrennungszylinders der Brennkraftmaschine zu detektieren und/oder elektronisch vorliegende Messdaten eines Steuerbusses, insbesondere CAN-Bus, zu verwenden.
Insbesondere sind mit der Abtriebsscheibe verbundene Drehmoment-Verbraucher durch die Steuereinrichtung von der Abtriebsscheibe abschaltbar, wobei insbesondere das Nebenaggregat ganz oder teilweise durch die Steuereinrichtung von der Abtriebsscheibe abschaltbar ist. Beispielsweise ist es möglich, bei einem Nebenaggregat, das als Generator für eine Lichtmaschine ausgestaltet ist, eine elektrische Verbindung zu einer Batterie zu unterbrechen, so dass die von dem Generator erzeugbare elektrische Energie nicht abgenommen wird. Dadurch wird das durch den Generator bereitgestellte Widerstandsmoment an der Abtriebsscheibe signifikant reduziert. Insbesondere ist es möglich, beispielsweise durch eine mechanische Reibungskupplung, das Nebenaggregat kurzzeitig von der Abtriebsscheibe abzukoppeln, so dass die Abtriebsscheibe im Wesentlichen lastfrei von dem Zugmittel bewegt wird, ohne dass ein relevantes Ausmaß an Drehmoment von der Abtriebsscheibe abgeleitet wird. Ferner ist es beispielsweise möglich bei einem als Pumpe ausgestalteten Nebenaggregat einzelne von der Pumpe angetriebene Verbraucher beispielsweise durch Schließen eines Ventils abzuschalten, so dass die Leistungsaufnahme durch die anderenfalls angeschlossenen Verbraucher reduziert werden kann und das über die zugeordnete Abtriebsscheibe bereitgestellte Widerstandsmoment zumindest reduziert werden kann. Bei den abschaltbaren Drehmoment-Verbrauchern kann es sich um zum Nebenaggregat nachgelagerte Baueinheiten oder das Nebenaggregat selber handeln.
Vorzugsweise ist durch die Steuereinrichtung zumindest während einer maximalen Beschleunigung der Antriebsscheibe in einer Periodendauer das Widerstandsmoment der Abtriebsscheibe absenkbar. Bei einem Kraftfahrzeugmotor ergibt sich zwischen zwei Zündzeitpunkten des Kraftfahrzeugmotors ein sich im Wesentlichen periodisch wiederholender Verlauf, der eine Periodendauer definiert. Der periodische Verlauf kann sich in Abhängigkeit der von dem Kraftfahrzeugmotor abgegebenen Drehzahl oder Drehmoment verändern, wobei der grundsätzliche Verlauf zwischen zwei Zündzeitpunkten bezogenen auf eine aktuell anliegende Nenndrehzahl im Wesentlichen erkennbar periodisch wiederholt wird. Insbesondere während der Verbrennung eines Kraftstoffs/Luft-Gemischs in einem Verbrennungszylinder des Kraftfahrzeugmotors wird über den Kolben des Verbrennungszylinders im Wesentlichen unmittelbar nach der Zündung eine plötzliche Kraft auf eine mit dem Kolben verbundene Kurbelwelle ausgeübt, die zu einer sich plötzlich erhöhenden Drehzahl der Kurbelwelle und einer mit der Kurbelwelle verbindbaren Antriebsscheibe des Riementriebs führt. Dies führt zu einer wechselnden Belastung des Zugmittels, wobei während eines Zündungsvorgangs innerhalb des Verbrennungszylinders die dynamische Belastung des Zugmittels maximal ist. Durch das Absenken des Widerstandsmoments der Abtriebsscheibe zu einem Zeitpunkt der maximalen Beschleunigung der Antriebsscheibe kann die maximale dynamische Belastung des Zugmittels signifikant reduziert werden.
Besonders bevorzugt ist durch die Steuereinheit bei einem Absenken des Widerstandsmoments ein Drehmomenteintrag über die Abtriebsscheibe zuschaltbar, wobei insbesondere das Nebenaggregat für den Drehmomenteintrag motorisch betreibbar ist. Dadurch ist es möglich bei einem Beschleunigen des Zugmittels nicht nur das über die Abtriebsscheibe bereitgestellte Widerstandsmoment zu reduzieren, sondern sogar über die Abtriebsscheibe einen zusätzlichen Drehmomenteintrag an das Zugmittel bereitzustellen, um die Antriebsscheibe bei der Überwindung der verbliebenden Massenträgheitsmomente sogar zu unterstützen. Das von der Abtriebsscheibe bereitgestellte Widerstandsmoment ist dadurch nicht nur abgesenkt oder auf null reduziert, sonder sogar negativ. Durch eine entsprechende Steuerung des Generators in Abhängigkeit des periodischen Verlaufs der Drehzahl der Antriebsscheibe ist es sogar möglich die dynamische Belastung des Zugmittels nahezu vollständig zu kompensieren.
Insbesondere sind mehrere jeweils mit einem Nebenaggregat verbundenen Antriebsscheiben vorgesehen, wobei zumindest das Nebenaggregat mit dem höchsten Massenträgheitsmoment mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Aufgrund des Nebenaggregats mit dem höchsten Massenträgheitsmoment ist an der mit diesem Nebenaggregat verbundenen Abtriebsscheibe das höchste Widerstandsmoment und damit die höchste dynamische Belastung des Zugmittels zu erwarten. Dadurch, dass zumindest das Nebenaggregat mit dem höchsten Massenträgheitsmoment mit der Steuereinrichtung verbunden ist, kann die maximale dynamische Belastung des Zugmittels reduziert werden. Es ist auch möglich mehr als ein Nebenaggregat mit der Steuereinrichtung zu verbinden.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung mit einer Messeinrichtung zur Detektion der Winkellage der Antriebsscheibe und/oder zu Detektion eines Zündzeitpunkts einer mit der Antriebsscheibe verbindbare Brennkraftmaschine verbunden. Die Messeinrichtung kann insbesondere über einen Steuerbus, insbesondere ein CAN-Bus, mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Durch die Messeinrichtung ist es möglich die periodisch auftretenden Ungleichförmigkeiten der Drehzahl der Antriebsscheibe frühzeitig zu ermitteln und über eine Feed-Forward-Regelung in der Steuereinrichtung zu berücksichtigen. Insbesondere ist es möglich Leistungskenndaten des Kraftfahrzeugmotors zu messen, beispielsweise Drehzahl, Drehmoment und/oder Motorkennlinie, so dass es auch möglich ist das Ausmaß zu erwartender Drehzahl-Ungleichförmigkeiten abzuschätzen. Beispielsweise kann die Pedalstellung eines Gaspedals gemessen werden, so dass es möglich ist bei einer plötzlichen Betätigung des Gaspedals eine plötzliche besonders starke Beschleunigung des Zugmittels durch die Steuereinrichtung berücksichtigen zu können. Ferner ist es möglich die Winkellage einer Nockenwelle zur Ventilsteuerung eines Kraftfahrzeugmotors zu detektieren, um eine durch einen Nockenwellenversteller veränderten Zündzeitpunkt des Kraftfahrzeugmotors in der Steuereinrichtung berücksichtigen zu können. Insbesondere kann auch die Winkellage einer Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors und/oder die Winkellage der Antriebsscheibe detektiert werden, um zusätzliche Störeinflüsse berücksichtigen zu können.
Die Erfindung betrifft ferner eine Antriebseinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, einer von der Brennkraftmaschine antreibbaren Antriebswelle und einem mit der Antriebswelle verbundenen Riementrieb, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum Betrieb von mindestens eines Nebenaggregats mit Hilfe des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments. Durch die Kompensation dynamischer Belastungen des Zugmittels des Riementriebs kann die Lebensdauer der Antriebseinheit erhöht werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Riementriebs, der insbesondere wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bei dem in Abhängigkeit von einer periodisch auftretenden Ungleichförmigkeit der Drehzahl einer Antriebsscheibe das Widerstandsmoment einer über ein Zugmittel mit der Antriebsscheibe gekoppelten Antriebsscheibe gesenkt wird, wobei insbesondere zum Absenken des Widerstandsmoments der Abtriebsscheibe ein Drehmoment-Verbraucher, insbesondere ein mit der Antriebsscheibe verbindbares Nebenaggregat, ganz oder teilweise zeitweise abgeschaltet wird. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand des Riementriebs erläutert aus- und weitergebildet sein. Durch die zeitweise Reduzierung des Widerstandsmoments der Abtriebsscheibe kann die Belastung des Zugmittels, insbesondere die dynamische Belastung des Zugmittels bei einer plötzlichen Beschleunigung des Zugmittels, reduziert werden, so dass die Lebensdauer des Riementriebs erhöht ist. Insbesondere ist es möglich die Vorspannung des Zugmittels zu reduzieren.
Insbesondere wird vor und/oder zumindest teilweise während einer Beschleunigung der Antriebsscheibe, insbesondere zu Beginn einer Beschleunigung der Antriebsscheibe, das Widerstandsmoment der Abtriebsscheibe gesenkt. Insbesondere zu Beginn eines Beschleunigungsvorgangs, zu dem eine besonders hohe dynamische Belastung des Zugmittels zu erwarten ist, kann das Widerstandsmoment der Abtriebsscheibe gesenkt werden. Die maximale dynamische Belastung des Zugmittels kann dadurch signifikant reduziert werden. Hierzu kann insbesondere der Drehzahlverlauf der Antriebsscheibe gemessen werden, um periodisch auftretende Ungleichförmigkeiten rechtzeitig detektieren zu können.
Besonders bevorzugt wird bei abgesenktem Widerstandsmoment über die Abtriebsscheibe zeitweise ein Drehmoment an das Zugmittel abgegeben. Dadurch ist es insbesondere möglich das plötzliche Beschleunigen des Zugmittels nicht nur nicht zu beeinträchtigen, sondern sogar zu unterstützen. Die Abtriebsscheibe kann dadurch zeitweise als eine zusätzliche Antriebsscheibe wirken. Hierzu kann insbesondere ein mit der Abtriebsscheibe verbundenes Nebenaggregat als Motor betrieben werden, um über die Abtriebsscheibe das Drehmoment an das Zugmittel abzugeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Riementriebs,
2: ein schematischer Verlauf relevanter Parameter eines ersten Vergleichsversuchs des in 1 dargestellten Riementriebs zu einem bekannten Riementrieb,
3: eine schematische Darstellung relevanter Parameter eines zweiten Vergleichsversuchs des in 1 dargestellten Riementriebs zu einem bekannten Riementrieb und
4: eine schematische Darstellung relevanter Parameter eines dritten Vergleichsversuchs des in 1 dargestellten Riementriebs zu einem bekannten Riementrieb.
Der in 1 dargestellte Riementrieb 10 weist eine Antriebsscheibe 12 auf, die mit einer Antriebswelle, insbesondere einer Kurbelwelle eins Kraftfahrzeugmotors, verbunden sein kann. Die Antriebsscheibe 12 ist über ein Zugmittel 14 mit einer Abtriebsscheibe 16 verbunden, die beispielsweise mit einem Nebenaggregat in Form eines Generators für eine Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. Ferner kann die Antriebsscheibe 12 über das Zugmittel 14 mit weiteren Abtriebsscheiben 18 gekoppelt sein, die jeweils mit einem weiteren Nebenaggregat, beispielsweise einem Kompressor für eine Klimaanlage, eine Kraftstoffpumpe, eine Ölpumpe, einer Wasserpumpe für einen Kraftfahrzeugkühler oder Ähnlichen verbunden sein können. Mit Hilfe einer Umlenkrolle 20 kann der Umschlingungswinkel der Abtriebsscheibe 16 und/oder der weiteren Abtriebsscheibe 18 vergrößert werden. Das Zugmittel 14 kann ferner durch einen schwenkbaren Riemenspanner 22 vorgespannt werden. Zur Montage des Zugmittels 14 kann der Riemenspanner 22 soweit verschwenkt werden, dass das Zugmittel 14 ohne Vorspannung positioniert werden kann. Anschließend wird der Riemenspanner soweit verschwenkt, dass eine gewünschte Vorspannung für das Zugmittel 14 eingestellt ist.
Die Abtriebsscheibe 16 beziehungsweise das mit der Abtriebsscheibe 16 verbundene Nebenaggregat ist mit einer Steuereinrichtung 24 verbunden, welche das von der Abtriebsscheibe 16 bereitgestellte Widerstandsmoment, insbesondere bei einer plötzlichen Beschleunigung des Zugmittels 14 durch die Antriebsscheibe 12, reduzieren kann, indem die Steuereinrichtung 24 beispielsweise mit der Abtriebsscheibe 16 verbundene Drehmoment-Verbraucher oder das mit der Abtriebsscheibe 16 verbundene Nebenaggregat ganz oder teilweise zeitweise abschaltet. Die Steuereinrichtung 24 kann hierzu mit einer Messeinrichtung 26 über einen CAN-Bus 28 verbunden sein, um periodisch auftretende Ungleichförmigkeiten in der Drehzahl der Antriebsscheibe 12 zu messen. Dies ermöglicht es bei einer zu erwartenden plötzlichen Beschleunigung des Zugmittels 14 das von der Abtriebsscheibe 16 bereitgestellte Widerstandsmoment rechtzeitig abzusenken.
In 2 ist eine Computersimulation eines ersten Vergleichsversuchs dargestellt, wobei auf der linken Hälfte die Parameter eines bekannten Riementriebs mit einer Vorspannung von 900 N dargestellt sind. Auf der rechten Hälfte sind die Parameter des in 1 dargestellten Riementriebs 10 bei einer Vorspannung von 700 N dargestellt. In der obersten Zeile ist der zeitliche Verlauf einer Drehzahl 30 der Antriebscheibe 12 dargestellt, der in beiden Versuchen im Wesentlichen gleich ist. Die Drehzahl der Antriebsscheibe 12 ist in Umdrehungen pro Minute (U/min) über der Zeit in Sekunde (s) aufgetragen. In der nächsten Zeile ist eine Drehzahl 32 der Abtriebsscheibe 16 dargestellt, die im Wesentlichen gleich ist. Die Drehzahl der Abtriebsscheibe 16 ist in U/min über der Zeit in s aufgetragen. In der nächsten Zeile ist eine Riemenkraft 34 des Zugmittels 14 vor der Abtriebsscheibe 16, das heißt zwischen der Antriebscheibe 12 und der Abtriebsscheibe 16, dargestellt sowie eine Riemenkraft 36 des Zugmittels 14 nach der Abtriebsscheibe 16, das heißt zwischen der Abtriebsscheibe 16 und der Umlenkrolle 20. Die Riemenkräfte 34, 36 sind in Newton Meter (Nm) über der Zeit in Sekunde s aufgetragen. Die dynamische Belastung des Zugmittels 14 nach der Abtriebsscheibe 16 ist im Wesentlichen gleich, wobei die maximale dynamische Belastung des Zugriemens 14 bei dem erfindungsgemäßen Riementrieb 10 signifikant reduziert ist. Wie in der letzten Zeile dargestellt, wird die signifikante Absenkung der maximalen Riemenkraft 34 vor der Abtriebsscheibe 16 durch zeitweise Absenkungen eines Widerstandsmoments 38 der Abtriebsscheibe 16 erreicht. Das Widerstandsmoment 38 der Abtriebsscheibe 16 ist in Nm über der Zeit in s aufgetragen. Die von der Steuereinrichtung 24 veranlassten zeitweisen Absenkungen des Widerstandsmoments 38 erfolgen insbesondere zu einem Zeitpunkt, bei dem die Drehzahl 30 der Antriebsscheibe 12 eine maximale Beschleunigung erfährt.
Bei dem in 3 dargestellten Vergleichsversuch ist auf der linken Hälfte wieder ein bekannter Riementrieb mit einer Vorspannung von 900 N dargestellt, während auf der rechten Hälfte der Riementrieb 10 aus 1 mit einer Vorspannung von 310 N dargestellt ist. Gleichzeitig ist der erfindungsgemäße Riementrieb 10 mit einer zusätzlichen Vorlast von 20 Nm an der Abtriebsscheibe 16 belastet. Im Vergleich zum in 1 dargestellten Vergleichsversuch sind bei dem in 3 dargestellten zweiten Vergleichsversuch aufgrund der deutlich größeren Unterschiede des Widerstandsmoments 38 eine besonders starke Beeinflussung der Riemenkraft 34 vor der Abtriebsscheibe 16 möglich. Gleichzeitig ist bei voller Funktionalität des erfindungsgemäßen Riementriebs 10 die maximale dynamische Belastung des Zugmittels 14 deutlich reduziert.
Bei dem in 4 dargestellten dritten Vergleichsversuch ist auf der linken Hälfte ein bekannter Riementrieb mit einer Vorspannung von 900 N und auf der rechten Hälfte der in 1 dargestellte erfindungsgemäße Riementrieb 10 mit einer Vorspannung von 310 N dargestellt. Im Vergleich zu dem in 3 dargestellten Vergleichsversuch liegt an der Abtriebsscheibe 16 keine zusätzliche Vorlast an. Zusätzlich wird über die Abtriebsscheibe 16 zeitweise ein Drehmoment an das Zugmittel 14 abgegeben, so dass das Widerstandsmoment 38 der Abtriebsscheibe 16 zeitweise sogar negativ ist. Dadurch ist es möglich dynamische Belastungsspitzen bei der Riemenkraft 34 des Zugmittels 14 vor der Abtriebsscheibe 16 nahezu vollständig zu kompensieren, so dass die Riemenkraft 34 vor der Abtriebsscheibe 16 im Wesentlichen der Riemenkraft 36 nach der Abtriebsscheibe 16 entspricht.
Berechnungen haben ergeben, dass es möglich ist mit dem erfindungsgemäßen Riementrieb 10 bei einem maximalen Widerstandsmoment von 10 Nm der Abtriebsscheibe 16 die Riemenvorspannung um 20% und die dynamische Riemenkraft um 20% zu reduzieren, um im Vergleich zu einem vergleichbaren bekannten Riementrieb ohne Steuereinrichtung 24 die gleichen Funktionalitäten zu erreichen. Bei einem maximalen Widerstandsmoment von 40 Nm der Abtriebsscheibe 16 kann die Riemenvorspannung um 65% und die dynamische Riemenkraft um 50% reduziert werden. Wenn das mit der Abtriebsscheibe 16 verbundene Nebenaggregat, insbesondere ein Generator für eine Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs, über einen Freilauf angebunden ist, der ein Abbremsen des Zugmittels 14 durch das angebundene Nebenaggregat vermeidet, kann bei einem maximalen Widerstandsmoment von 10 Nm der Abtriebsscheibe 16 die Riemenvorspannung um 80% und die dynamische Riemenkraft um 70% reduziert werden. Wenn das mit der Abtriebsscheibe 16 verbundene Nebenaggregat auch motorisch betrieben werden kann, kann bei einem maximalen Widerstandsmoment von 20 Nm und einem minimalen Widerstandsmoment von –30 Nm die Riemenvorspannung um 65% und die dynamische Riemenkraft um 80% reduziert werden.
Bezugszeichenliste

10: Riementrieb
12: Antriebsscheibe
14: Zugmittel
16: Abtriebsscheibe
18: weitere Abtriebsscheibe
20: Umlenkrolle
22: Riemenspanner
24: Steuereinrichtung
26: Messeinrichtung
28: CAN-Bus
30: Drehzahl der Antriebsscheibe
32: Drehzahl der Abtriebsscheibe
34: Riemenkraft vor der Abtriebsscheibe
36: Riemenkraft nach der Abtriebsscheibe
38: Widerstandsmoment

Claims

Riementrieb zur Übertragung eines Drehmoments einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors, an mindestens ein Nebenaggregat, insbesondere Generator einer Lichtmaschine, mit einer mit der Antriebswelle verbindbaren Antriebsscheibe (12), mindestens einer mit einem zugeordneten Nebenaggregat verbindbaren Abtriebscheibe (16), wobei die Abtriebsscheibe (16) zum Betrieb des Nebenaggregats ein Widerstandsmoment (38) bereitstellt, und einem mit der Antriebsscheibe (12) und der Abtriebsscheibe (16) gekoppelten Zugmittel (14), insbesondere Zugriemen, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Nebenaggregat verbindbare Steuereinrichtung (24) vorgesehen ist, wobei durch die Steuereinrichtung (24) in Abhängigkeit von einer periodisch auftretenden Ungleichförmigkeit der Drehzahl (30) der Antriebsscheibe (12) das über die Abtriebscheibe (16) bereitstellbare Widerstandsmoment (38) absenkbar ist.
Riementrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mit der Abtriebsscheibe (12) verbundene Drehmoment-Verbraucher durch die Steuereinrichtung (24) von der Abtriebsscheibe (16) abschaltbar sind, wobei insbesondere das Nebenaggregat ganz oder teilweise durch die Steuereinrichtung (24) von der Abtriebsscheibe (16) abschaltbar ist.
Riementrieb nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinrichtung (24) zumindest während einer maximalen Beschleunigung der Antriebscheibe (12) in einer Periodendauer das Widerstandsmoment (38) der Abtriebsscheibe (16) absenkbar ist.
Riementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinheit (24) bei einem Absenken des Widerstandsmoments (38) ein Drehmomenteintrag über die Abtriebsscheibe (16) zuschaltbar ist, wobei insbesondere das Nebenaggregat für den Drehmomenteintrag motorisch betreibbar ist.
Riementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere jeweils mit einem Nebenaggregat verbundene Abtriebsscheiben (16, 18) vorgesehen sind, wobei zumindest das Nebenaggregat mit dem höchsten Massenträgheitsmoment mit der Steuereinrichtung (24) verbunden ist.
Riementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (24) mit einer Messeinrichtung (26) zur Detektion der Winkellage der Antriebsscheibe (12) und/oder zur Detektion eines Zündzeitpunkts einer mit der Antriebsscheibe (12) verbindbaren Brennkraftmaschine verbunden ist.
Antriebseinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, einer von der Brennkraftmaschine antreibbaren Antriebswelle und einem mit der Antriebswelle verbundenen Riementrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Betrieb mindestens eines Nebenaggregats mit Hilfe des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments.
Verfahren zum Betrieb eines Riementriebs, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem in Abhängigkeit von einer periodisch auftretenden Ungleichförmigkeit der Drehzahl (30) einer Antriebsscheibe (12) ein Widerstandsmoment (38) einer über ein Zugmittel (14) mit der Antriebsscheibe (12) gekoppelten Abtriebsscheibe (16) gesenkt wird, wobei insbesondere zum Absenken des Widerstandsmoments (38) der Abtriebsscheibe (16) ein Drehmoment-Verbraucher, insbesondere ein mit der Abtriebsscheibe (16) verbindbares Nebenaggregat, ganz oder teilweise zeitweise abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem vor und/oder zumindest teilweise während einer Beschleunigung der Antriebsscheibe (12), insbesondere zu Beginn einer Bescheunigung der Antriebsscheibe (12), das Widerstandsmoment (38) der Abtriebsscheibe (16) gesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem bei abgesenktem Widerstandsmoment (38) über die Abtriebsscheibe (16) zeitweise ein Drehmoment an das Zugmittel (14) abgegeben wird.