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Die Erfindung betrifft einen Riementrieb mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein Endlos-Keilrippen-Riemen bzw. ein Multi-V-Riemen besteht riemenseitig aus einem Zugstrang mit mehreren zur Reibungsübertragung vorgesehenen, parallel laufender V-Rippen auf der Innenseite des Riemens. Antriebsseitig findet sich beispielsweise auf einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eine Riemenscheibe mit einer Anzahl V-Rillen, die der Anzahl der Rippen am Riemen entspricht. Abtriebsseitig befindet sich an jedem angetriebenen Aggregat ebenfalls eine Riemenscheibe mit einer Anzahl V-Rillen, die der Anzahl der Rippen am Riemen entspricht. Nach dem Stand der Technik ist jede V-Rille in allen Riemenscheiben so ausgelegt, dass die V-Rippen des Riemens in der V-Form verklemmen und dadurch aufgrund großer Pressung eine Reibkraft übertragen können.
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Durch die Nutzung jeder V-Rippe des Riemens an jeder Riemenscheibe des gesamten Riementriebs zur Übertragung von Reibkraft und dadurch Drehmoment entsteht:
- • ein hoher Reibleistungsverlust,
- • eine große Bauteilerwärmung aufgrund von Reibverlust,
- • ein großer Riemenverschleiß durch Reibung und Erwärmung,
- • ein Mehrverbrauch an Kraftstoff durch Reibleistungsverlust,
- • hohe Kosten bei der Herstellung der Riemenscheiben durch enge Toleranzen.
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Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2010 034 803 A1 hingewiesen. Aus dieser ist ein Verfahren zum Betreiben eines von einer Antriebswelle einer Brennkraftmaschine angetriebenen Riementriebs, der ein oder mehrere Nebenaggregate der Brennkraftmaschine antreibt bekannt und weiterhin umfasst:
- • ein Antriebsrad, das seitens der Antriebswelle angeordnet ist,
- • Abtriebsräder, die seitens der jeweils zugehörigen Nebenaggregatewellen angeordnet sind,
- • ein an das Antriebsrad und die Abtriebsräder kraftschlüssig umschlingenden Riemen,
- • und eine ansteuerbare Kupplung, die im getrennten Zustand den Antrieb zwischen einer der Wellen und dem seitens dieser Welle angeordneten Rad unterbricht.
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Dabei soll die Kupplung innerhalb einer Synchronisierungsphase so gesteuert geschlossen werden, dass das von der Kupplung übertragbare Antriebsmoment innerhalb der Synchronisierungsphase stets kleiner als ein Grenzmoment ist, dessen Überschreiten zu einem Riemenschlupf in unerwünschter Höhe führen würde.
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Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist die Verwendung einer teuren und aufwendigen Kupplung samt ihrer Ansteuerung.
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Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2012 101 401 A1 ein Antriebselement zur Übertragung von Antriebskräften bekannt, bei dem eine kraftübertragende Oberfläche des Antriebselements reibschlüssig mit einer Oberfläche des getriebenen Elements zusammenwirkt, wobei die reibschlüssig kraftübertragende Oberfläche des Antriebselements über ihre in Antriebsrichtung wirksame Länge Zonen mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten aufweist. Mit dieser bekannten Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst, ein Antriebselement für die reibschlüssige Übertragung von Antriebskräften über eine kraftübertragende Oberfläche vorzusehen, bei dem ein Schwingungszustand und eine Geräuschentwicklung vermieden werden und trotzdem eine gute und sichere reibschlüssige Kraftübertragung erfolgt.
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Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist die kostenintensive Fertigung des Antriebselementes, wie beispielsweise einem Poly-V-Riemen mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten.
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Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 013 235 A1 ein Entwurfsverfahren für ein Riementransmissionssystem bekannt. Bei dem Entwurfsverfahren für ein Riemenübertragungssystem werden Zugkräfte zwischen den Riemenscheiben, ausgehend von einer Gesamtauslegung des Transmissionssystems, berechnet, wie eine Federkonstante eines Riemens, ein Abstand zwischen den Riemenscheiben, eine Anfangszugkraft, eine Antriebskraft für die entsprechenden Riemenscheiben, berechnet, ausgehend von einer Last der betreffenden Riemenscheiben usw.. Ein Koeffizient der statischen Reibung wird mit dem maximalen Koeffizienten der statischen Reibung verglichen und es wird festgestellt, dass kein Schlupf auftritt, wenn der Koeffizient der statischen Reibung kleiner ist als der maximale Koeffizient der statischen Reibung.
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Mit diesem bekannten Entwurfsverfahren für einen Riementrieb werden jedoch nicht die oben genannten Nachteile, wie beispielsweise zu großer Verschleiß, beseitigt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, bei der die eingangs erwähnten Nachteile von bekannten Riementrieben vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird ein Riementrieb vorgeschlagen, bei dem nur noch von dem Antriebsrad oder einem sehr großen Verbraucher, z. B. ein Klimakompressor, wenn die Umschlingung des Abtriebs dies verlangt alle Rippen zur Kraftübertragung genutzt werden, da ausschließlich dort das größte zu übertragende Moment im gesamten Riementrieb vorliegt. Das Antriebsmoment ist die Summe aller Lastmomente zuzüglich des Verlustmoments des Riementriebs. An jeder Abtriebsriemenscheibe werden erfindungsgemäß nur so viele Rippen des Riemens benutzt, die zur notwendigen Übertragung des anliegenden Lastmoments nötig sind, dies sind in jedem Fall weniger Rippen als die Gesamtzahl der Rippen des Riemens (Beispiel: So kann z. B. bei einem Sechs-Rippen-Riemen eine Wasserpumpe eine Rippe, ein Generator zwei Rippen, eine Servopumpe zwei Rippen und ggf. ein Klimakompressor vier Rippen des Sechs-Rippen-Riemens nutzen). Die Summe der genutzten Rippen bei jeder Riemenscheibe des Abtriebs muss nicht der Gesamtrippenzahl des Riemens entsprechen. An den nicht genutzten Rippen hat die Riemenscheibe des Abtriebs dann jeweils eine breitere Rille mit deutlich aufgeweiteten Toleranzen. Die Rippen des Riemens sollten im Riementrieb gleichmäßig genutzt werden zur Gleichverteilung des Verschleißes.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ergeben sich folgende Vorteile:
- • Weniger Reibung an jeder Riemenscheibe mit reduzierter Anzahl der genutzten Rippen,
- • weniger Wärmeentwicklung am Riemen und an der Scheibe,
- • weniger Reibleistung am gesamten Riementrieb und dadurch CO2- und Verbrauchseinsparung,
- • geringere Kosten durch weniger enge Toleranzen bei den Riemenscheiben,
- • weniger Abrieb am Riemen und dadurch längere Lebensdauer,
- • mehr Flexibilität in der Konstruktion, da bisher unterschiedliche Lastmomente durch unterschiedliche Umschlingungswinkel berücksichtigt wurden und dadurch der Riemenverlauf weniger flexibel ist.
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In bevorzugter Weise kommt der erfindungsgemäße Riementrieb für einen Nebenaggregateantrieb einer Brennkraftmaschine zum Einsatz.
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1 zeigt schematisch einen Riementrieb.
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2 zeigt einen Teilschnitt durch ein Antriebsrad.
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3 zeigt einen Teilschnitt durch ein Abtriebsrad.
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Im Folgenden gelten für gleiche Bauelemente in den 1 bis 3 die gleichen Bezugsziffern.
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1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Riementrieb 10. Der Riementrieb besteht aus einem Endlos-Keilrippen-Riemen 6, der ein Antriebsrad 1, ein erstes Abtriebsrad 2, ein zweites Abtriebsrad 3 und ein drittes Abtriebsrad 4 zumindest teilweise umschlingt. Damit der Riementrieb 10 immer die korrekte Vorspannung aufweist und bei den Abtriebsrädern 2, 3 eine zumindest minimal notwendige Umschlingung vorliegt, sind ferner zwei Spannrollen/Führungsrollen 5 vorgesehen, die den Endlos-Keilrippen-Riemen 6 vorspannen.
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Dieser Riementrieb 10 ist vorzugsweise für einen Nebenaggregateantrieb einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Die wichtigste Anforderung an das System Nebenaggregateantrieb ist der schlupffreie Antrieb aller Nebenaggregate in allen Belastungszuständen über die Lebensdauer der nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Bei modernen Brennkraftmaschinen mit Volltrieben (Antrieb aller Nebenaggregate wie z. B. Wasserpumpe, Generator, Servopumpe und Klimakompressor) werden über die Poly-V-Riemen (Endlos-Keilrippen-Riemen 6) beispielsweise in fünfrippiger Ausführung, maximale Drehmomente von bis zu 30 Nm und maximale Leistungen von 15 bis 20 kW bei Volllast aller Aggregate übertragen. Diese Leistung muss vom Antriebsrad 1 vollständig übertragbar sein. Insbesondere Geräusche, wie beispielsweise das von früher bekannte „Keilriemenquietschen” bei feuchtem Wetter, verursacht durch Schlupf zwischen dem Endlos-Keilrippen-Riemen 6 und dem Antriebsrad 1, muss durch eine optimale Systemauslegung des Riementriebs 10 hinsichtlich Geometrie und Dynamik vermieden werden. Weiter gilt es, Riemengeräusche durch Fluchtungsfehler zwischen dem Antriebsrad 1 und den Abtriebsrädern 2, 3, 4 bereits in der Auslegung des Riementriebs 10 zu vermeiden. Die Auslegung eines Nebenaggregateantriebs wird heute rechnergestützt vorgenommen. Für die Auslegung eines Nebenaggregateantriebs sind die wichtigsten Parameter:
- • Die geometrische Anordnung der Komponenten,
- • die Drehmomentverläufe und die Trägheitsmomente der angetriebenen Aggregate,
- • die Riemendaten.
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Mit diesen Daten lässt sich die Systemgeometrie, wie z. B. die Trumlängen, die Umschlingungswinkel, die Schlupfgrenzwerte, die Systemeigenfrequenzen und die voraussichtliche Lebensdauer des Endlos-Keilrippen-Riemens 6 optimieren.
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So kann das Antriebsrad 1 in 1 beispielsweise an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine befestigt sein. Das erste Abtriebsrad 2 kann beispielsweise für einen Generator vorgesehen sein, der ein hohes Abtriebsmoment aufweist. Weiter kann das zweite Abtriebsrad 3 beispielsweise für eine Lenkhilfepumpe vorgesehen sein, die ein kleines Abtriebsmoment aufweist. Das dritte Abtriebsrad 4 kann darüber hinaus z. B. für eine Wasserpumpe vorgesehen sein, welche ebenfalls ein kleines Abtriebsmoment aufweist.
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2 zeigt einen Teilschnitt durch ein bekanntes Antriebsrad 1. Wie aus 2 ersichtlich ist, weist das Antriebsrad 1 fünf V-förmige Rillen 7 auf. Da das Antriebsrad 1 das maximal auftretende Antriebsmoment übertragen muss, korrespondieren diese fünf Rillen 7 zu den fünf Keilrippen des Endlos-Keilrippen-Riemens 6. Eine Drehachse des Antriebsrades 1 ist mit 9 beziffert.
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3 zeigt einen Teilschnitt durch ein Abtriebsrad 2, 3, 4 für einen erfindungsgemäßen Riementrieb 10. Da das Abtriebsrad 2, 3, 4 geringere Momente übertragen muss, weist dieses in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Gegensatz zum Antriebsrad 1 aus 2 nur zwei V-förmige Rillen 7 auf und drei Nuten 8, die nicht für eine Kraft- oder Momentenübertragung vorgesehen sind. Erfindungsgemäß weisen die Abtriebsräder 2, 3, 4 so viele zu den Keilrippen korrespondierende V-förmige Rillen 7 auf, dass ein maximales Lastmoment für das angekoppelte Aggregat übertragbar ist.
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Erfindungsgemäß weisen die Abtriebsräder 2, 3, 4 weniger Rillen 7 als das Antriebsrad 1 auf, und die zumindest eine Rille 7 der Abtriebsräder 2, 3, 4 ist möglichst nicht für dieselbe Keilrippe vorgesehen.
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Somit wird erfindungsgemäß ein Riementrieb 10 vorgeschlagen, bei dem nur das Antriebsrad 1 alle Rippen 7 des Endlos-Keilrippen-Riemens 6 zur Kraftübertragung benutzt, da dort das größte Moment im gesamten Riementrieb 10 vorliegt. Das Antriebsmoment ist, wie bereits ausgeführt, die Summe aller Lastmomente zuzüglich des Verlustmoments des Riementriebs 10. An jeder Abtriebsriemenscheibe 2, 3, 4 werden nur so viele Rippen des Endlos-Keilrippen-Riemens 6 benutzt, wie zur notwendigen Übertragung des Lastmoments nötig sind, dies sind in jedem Fall weniger Rippen als die Gesamtzahl der Rippen am Endlos-Keilrippen-Riemen 6 (Beispiel: So kann z. B. bei einem Sechs-Rippen-Riemen eine Wasserpumpe eine Rippe, ein Generator zwei Rippen, eine Servopumpe zwei Rippen und ggf. ein Klimakompressor vier Rippen nutzen). Die Summe der genutzten Rippen bei jedem Bauteil des Abtriebs muss nicht der Gesamtrippenzahl des Endlos-Keilrippen-Riemens 6 entsprechen. An den nicht genutzten Rippen hat das Abtriebsrad 2, 3, 4 dann jeweils eine breitere Rille bzw. Nut 8 mit deutlich aufgeweiteten Toleranzen. Die Rippen des Endlos-Keilrippen-Riemens 6 sollten im Riementrieb 10 gleichmäßig genutzt werden, zur Gleichverteilung des Verschleißes.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsrad
- 2
- erstes Abtriebsrad
- 3
- zweites Abtriebsrad
- 4
- drittes Abtriebsrad
- 5
- Spannrolle
- 6
- Endlos-Keilrippen-Riemen
- 7
- Rille
- 8
- Nut
- 9
- Achse
- 10
- Riementrieb
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010034803 A1 [0004]
- DE 102012101401 A1 [0007]
- DE 102005013235 A1 [0009]
