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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Spannen des Zugmittels in einem stufenlosen Zugmittelgetriebe mit einem Variator zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeuges.
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Aus der
DE 195 30 615 A1 ist ein stufenloses Getriebe bekannt, das in den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges integriert ist. Bei diesem stufenlosen Getriebe stellt sich die Getriebeübersetzung aufgrund des durch einen Keilriemen bestimmten Gleichgewichtes der Gesamtanpresskraft an der einen Keilriemenscheibe und der Anpresskraft an der anderen Keilriemenscheibe ein, wobei die Gesamtanpresskraft einen drehmomentabhängigen Anteil und einen von wenigstens einem äußeren Betriebsparameter abhängigen Anteil aufweist. Die Spannung des Mittels wird durch die beiden Keilriemenscheibenpaare eingestellt. Eine zusätzliche Spanneinrichtung für das Zugmittel ist nicht vorgesehen.
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Üblicherweise werden die Nebenaggregate eines Kraftfahrzeuges über einen von der Kurbelwelle angetriebenen Keilriemen angetrieben. In aller Regel ist das Übersetzungsverhältnis durch die verschiedenen Keilriemenscheiben fest vorgegeben, so dass die Nebenaggregate mit der Motordrehzahl schwankend angetrieben werden. Die Nebenaggregate sind folglich so auszulegen, dass sie schon bei geringer Motordrehzahl (Kurbelwellendrehzahl) ihre notwendige Leistung abgeben und müssen teilweise, um eine Überlast zu vermeiden, bei zu hoher Antriebsdrehzahl abschaltbar sein. Die Nebenaggregate werden auch dann angetrieben, wenn ihre notwendige oder gewünschte Leistungsabgabe nur gering ist. So liefert beispielsweise die Lichtmaschine bei einer vorgegebenen Motordrehzahl eine vorgegebene Leistung, unabhängig davon, ob keine, wenige oder alle Verbraucher im Kraftfahrzeug eingeschaltet sind. Der Kraftstoffverbrauch ist folglich oftmals höher als notwendig.
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Die bedarfsgerechte und von der momentanen Drehzahl des Antriebsmotors unabhängige Steuerung der Drehzahl der Nebenaggregate eines Kraftfahrzeuges birgt folglich ein großes Potential zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Antriebsstranges und damit auch eine Kraftstoffersparnis bei gleicher Fahrleistung in sich. Um dies zu erreichen, ist aus der
US 3,981,205 ein stufenloses Zugmittelgetriebe bekannt, das über einen ersten Antriebsriemen angetrieben wird. Über einen seinen Wirkdurchmesser verändernden, sich selbst zentrierenden Variator wird zunächst die Eingangsdrehzahl des Getriebes verändert. Die Nebenaggregate werden über weitere Zugmittel angetrieben, die ebenfalls mit ihren Durchmesser stufenlos verändernden Aktuatoren in Verbindung stehen, die über das erste Zugmittel angetrieben werden. Die Spannung der Zugmittel wird ebenfalls nur durch die Riemenscheiben bewirkt. Weiter ist beim Keilriementrieb die Standardvariante, der Drei-Scheiben-Riementrieb bei der zwei Scheiben fix sind und eine Scheibe schwenkbar ist, so dass der Riemen über die Scheiben gestülpt werden kann, als auch der montierte Riemen gespannt werden kann, damit kein Durchrutschen mehr an der Antriebscheibe auftritt.
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Bei dieser Standardvariante gibt es mehrere Möglichkeiten den Riemen zu spannen.
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In 1 wird die starre Vorspannung mit Hilfe einer Augenschraube dargestellt. Die starre Vorspannung hat den Vorteil der einfachen Konstruktion, den Nachteil, dass die Riemen vorzeitig verschleißen, weil das Einstellen der Vorspannung schwer einzuschätzen ist. Zuviel Vorspannung führt zum Reißen, zu wenig Vorspannung führt zum Schlupf, zum Erwärmen und damit zum Versagen.
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In 2 ist die federgespannte Spannrolle dargestellt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass ein Überspannen vermieden wird, den Nachteil aber, dass die Feder sehr sehr stark sein muss und dass alle federgespannten Spannrollen zum Flattern neigen. Das liegt daran, dass die Kraft der Feder mit der Auslenkung des Schwenkarms Pos. 2 fällt und somit eine Resonanz möglich wird. Das Flattern führt zu periodischen Schlupfphasen, die zum Erwärmen des Riemens und seinem Versagen führen, manchmal auch zum Abspringen des Riemens.
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In 3 ist die verbesserte federgespannte Spannrolle dargestellt, in dem ein zusätzlicher Viskodämpfer eingespannt ist. Dieser Dämpfer hat den Vorteil, dass die Ausschläge eines schwingenden Spannrollenhebels merklich begrenzt werden, den Nachteil aber, dass diese Dämpferwirkung nur etwa ein Jahr anhält, weil der Dämpferkolben um eine Position zittert, die Dichtstelle der Lauffläche wegschleift, so dass die Dichtung unwirksam wird. Danach schwingt die Spannrolle so wie wenn gar kein Dämpfer da wäre.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Spannen des Zugmittels in einem stufenlosen Zugmittelgetriebe mit einem Variator insbesondere zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeuges zu schaffen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Einrichtung zum Spannen des Zugmittels in einem stufenlosen Zugmittelgetriebe mit wenigstens einem Variator, insbesondere zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeuges, umfassend wenigstens eine vom Zugmittel umschlungene erste Rolle und wenigstens eine vom Zugmittel umschlungene zweite Rolle.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass der Variator an einer Montageplatte angeordnet ist.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Variator wenigstens eine Spannrolle aufweist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass an der Spannrolle wenigstens ein Hebel angeordnet ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass an wenigstens einem der Hebel ein Aktuator angeordnet ist.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an dem einen Hebel wenigstens ein anderer Hebel mittels Bolzen angeordnet ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht ein Verfahren zum Spannen eines Riementriebes vor, bei dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommt, hierbei ist von Vorteil, dass die vorliegende Erfindung ein Getriebe mit vier Gelenken aufweist, wobei die Anordnung der Feder und der Spannhebel zu einer Kennlinie führt, die im Wesentlichen horizontal angeordnet ist. Der Weg a der Spannrolle ist derart ausgestaltet, dass er die volle Dehnung des Keilriemens über seine Lebensdauer aufnehmen kann, was ein Nachspannen des Keilriemens überflüssig macht. Ein weiterer Vorteil dieses federgespannten Riementriebs liegt in der vergleichsweise geringen Vorspannung, die einen wesentlichen Beitrag zur Lebensdauererhöhung des Keilriemens beitragen kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
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1: Standardvariante mit starrer Vorspannung
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2: Standardvariante mit federgespannter Spannrolle
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3: Standardvariante mit verbesserter federgespannter Spannrolle
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4: eine Einrichtung zum Spannen des Zugmittels
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5: eine Einrichtung zum Spannen des Zugmittels
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6: einen Keilriementrieb mit drei Scheiben
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7: eine fallende Federkennlinie
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8: eine im Wesentlichen horizontale Federkennlinie
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In 4 wird die Einrichtung zum Spannen des Zugmittels dargestellt. Die vorteilhafte Ausgestaltung besteht aus einem Viergelenkgetriebe (Pos. A, B, C, D, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 14, die Bezugszeichen gelten hier für 4). Die Aufgabe eines Viergelenkgetriebes ist es, eine Übersetzung der Federkraft dergestalt zu bewerkstelligen, so dass die Kennlinie der Spannrollen-Anpresskraft nicht fällt (in Abhängigkeit des Schwenkwinkels von Pos. 2), sondern nahezu konstant auf gleicher Höhe bleibt. Dies kann nur für einen kleinen Schwenkbereich +/–20° eingehalten werden, wenn man die Parameter (Länge Pos. 1, Länge Pos. 2, Winkel alpha und Winkel beta) zweckmäßig wählt. Dieser Schwenkbereich genügt für die 1,2%ige Riemenlängung im Laufe des Riemenlebens, womit alle Nachstellwartungsarbeiten entfallen. Durch die Konstanthaltung der Anpresskraft der Spannrolle wird eine Resonanz unmöglich und somit, tritt in keinem Motorbetriebszustand ein Flattern auf.
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Die Montage des Riementriebs geschieht in 3 Schritten:
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1. Schritt
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Die Druckfeder wird mit Montageschraube Pos. 7 auf Block gefahren und die Teleskopfedereinheit (Pos. 5, 6, 7) wird in das Viergelenkgetriebe eingebaut.
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2. Schritt
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Das so blockierte Viergelenkgetriebe wird um Bolzen Pos. 8 mittels Augenschraube Pos. 10 so geschwenkt, dass zum einen der Riemen montiert werden kann und zum anderen der Riemen vorgespannt werden kann. Dann wird mit Bolzen Pos. 8 und Arretier-Mutter Pos. 9 und Augenschrauben Mutter Pos. 10 die Position festgezurrt.
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3. Schritt
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Die Montageschraube Pos. 7 wird entfernt. Der Riementrieb ist jetzt betriebsbereit und für die gesamte Riemenlebensdauer eingestellt. Da der Riemen nie überspannt ist, wohl aber gerade so viel vorgespannt ist, dass übermäßiger Schlupf vermieden wird, kann der Riemen seine maximale Übertragungsleistung gewährleisten (bis auf 1% Schlupf).
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Wie aus 5 ersichtlich ist, überträgt ein Riemen 1 die Kraft von einer Riemenscheibe 2 auf eine Riemenscheibe 3; die Spannungsseite des Riemens 1 ist normalerweise gestreckt. Zum Ausgleich von Spannungsänderungen ist ein Kniehebel vorgesehen, der die beiden Arme (Spannhebel) 4 und (Pleuel) 5 enthält und an dessen Drehpunkt eine Spannrolle 6 angebracht ist, die mit der Oberfläche des Riemens in Berührung steht und diesen aus seiner gestreckten Lage ablenkt. Das eine Ende des Armes 4 ist auf einem Bolzen 7 gelagert, der an einer Montageplatte 8 angebracht ist. Das Ende des Armes 5 ist mittels Bolzen 9 mit dem Hebel 10 verbunden, der auf einem Bolzen 11 an der Platte 8 angeordnet ist. Der Hebel 10 wird durch eine Feder 12 betätigt, deren eines Ende in ein festes Widerlager 13 eingreift und deren anderes Ende mit dem Hebelarm 10 verbunden ist.
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Wenn die von dem Riemen übertragene Kraft erhöht wird, so nimmt die Riemenspannung entsprechend zu, so dass die gespannte Seite des Riemens sich mehr der Geraden annähert und die Spannrolle 6 mit den zugehörigen Winkelhebeln gegen den Druck der Feder 12 bewegt wird. In bekannten Sicherheitseinrichtungen dieser Art wird die Spannrolle einfach auf einem federbelasteten Arm befestigt, so dass bei hohen Spannungen und demzufolge geringen Abweichungen die mechanische Bewegung für eine gegebene Spannungsänderung, verglichen mit der Bewegung infolge einer gleichen Spannungsänderung bei niedrigen Spannungen, gering ist. Aus diesem Grund werden für geringe Abweichungen eines nahezu gestreckten Riemens nur geringe Kräfte erfordert, die aber für eine gegebene Änderung mit zunehmender Abweichung von der gestreckten Lage zunehmen.
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In der in 5 dargestellten Ausführungsform ist der Spannhebel r, 10 mit einer Schenkelfeder F, 12 vorgespannt, so dass der Spannhebel r, 10 Pleuel L, 5 in der Weise zieht, dass der Keilriemen 1 gespannt wird. Pleuel L, 5 ist mit seinem einen Ende am Spannhebel R, 4 in der Weise angeordnet, dass am gemeinsamen Anlenkpunkt Spannrolle 6 angeordnet ist. Die Länge R des Spannhebels 4 ist größer als die Länge r des Spannhebels 10, die Winkelanordnung der Spannhebel 4, 10 bzw. Pleuel 5 führt zu einem Übersetzungsverhältnis zwischen den Spannhebeln R, r und einem Verdrehen der Federkennlinie, wie dies in 5 dargestellt wird. Vorteilhaft an einer derart waagerecht angeordneten Federkennlinie ist die Resistenz gegen Resonanz. Die Spannrolle 6 bleibt bei allen Drehzahlen ruhig und macht einen Schwingungsdämpfer zur Dämpfung von Keilriemen 1, der um Riemenscheibe 2, Riemenscheibe 3, die ein Nebenaggregat 100 antreibt, und Spannrolle 6 umläuft, überflüssig. Der Spannhebel 4, der drehbar um Bolzen 7 angeordnet ist, weist auf seinem Bolzen 7 entgegengesetzten Ende die Anlenkung für Pleuel 5 und Spannrolle 6 auf. Bolzen 7 sitzt auf dem auf der Montageplatte 8 angeordneten Widerlager 14. Pleuel 5 ist an seinem der Spannrolle 6 entgegengesetzten Ende mittels Bolzen 9 mit Hebel 10 verbunden. Die Elemente 4, 5, 6, 10 und 12 bilden insgesamt den Variator 50. Am Bolzen 9 gegenüberliegenden Ende des Hebels 10 ist Hebel 10 über das Widerlager 13 mit der Montageplatte 8 verbunden. Mittels der Schenkelfeder 12, die am Widerlager 13 und am Hebel 10 angeordnet ist, wirkt ein Drehmoment auf Hebel 10.
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6 zeigt einen Keilriementrieb mit drei Scheiben, bei dem zwei Scheiben einen unveränderlichen Achsabstand aufweisen. Auf die bewegliche Spannrolle B des Riementriebs wirkt eine Feder A. Die Feder A hat eine fallende Kennlinie mit wachsender Auslenkung des Spannhebels C, wie dies in 7 dargestellt wird. Der Keilriemen des Riementriebs erfordert mit zunehmender Auslenkung immer größere Spannkräfte, da sich mit zunehmender Lebensdauer der Keilriemen dehnt. Auf diese Weise entsteht ein schwingfähiges System.
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Im Resonanzfall schaukeln sich diese Schwingungen so sehr auf, dass der Keilriemen 1 von den Rollen springen kann. Im Stand der Technik sind hydraulische Dämpfer bekannt, die dieses Problem abstellen sollen. Die vorliegende Erfindung weist nun ein Getriebe mit vier Gelenken auf, wobei die Anordnung der Feder und der Spannhebel zu einer Kennlinie führt, wie sie in 8 dargestellt wird. Der Weg a der Spannrolle ist derart ausgestattet, dass er die vollen 2% Dehnung des Keilriemens aufnehmen kann, die in seiner Lebensdauer auftreten. Somit entfällt ein Nachspannen des Keilriemens. Ein weiterer Vorteil dieses federgespannten Riementriebs liegt in der vergleichsweise geringen Vorspannung, die einen wesentlichen Beitrag zur Lebensdauererhöhung des Keilriemens beitragen kann.
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Bezugszeichenliste
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für die Fig. 5 bis Fig. 8
- 1
- Keilriemen
- 2
- als Riemenscheibe ausgebildete Rolle
- 3
- als Riemenscheibe ausgebildete Rolle
- 4
- Arm (Spannhebel)
- 5
- Arm (Pleuel, Zugmittel, Hebel))
- 6
- Spannrolle
- 7
- Bolzen
- 8
- Montageplatte
- 9
- Bolzen
- 10
- Hebel
- 11
- Widerlager
- 12
- Schenkelfeder
- 13
- Bolzen
- 14
- Widerlager
- 50
- Variator
- 75
- Aktuator
- 100
- Nebenaggregat
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19530615 A1 [0002]
- US 3981205 [0004]
