DE102021104655B4 - Riemenspanner - Google Patents

Abstract

Riemenspanner (1) für einen Startergenerator-Riementrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend:- eine Basis (3),- zwei Spannhebel (4, 5), an deren Hebelenden jeweils eine vom Riemen (14) umschlungene Spannrolle (6, 7) einerseits und ein Federteller (8, 9) andererseits drehbar gelagert sind, wobei die Spannhebel (4, 5) jeweils zwischen dem Federteller (8, 9) und der Spannrolle (6, 7) drehbar auf der Basis (3) gelagert sind und die Drehachsen (10, 11) der Spannhebel (4, 5) auf der Basis (3) voneinander und von der Drehachse (12) des Startergenerators (2) verschieden sind,- und eine zwischen den Federtellern (8, 9) eingespannte Schraubendruckfeder (15), die die Spannrollen (6, 7) aufeinander zu kraftbeaufschlagt, gekennzeichnet durch die Federrate c > 20 N/mm der Schraubendruckfeder (15), wobei für deren Längseigenfrequenz feund deren Quereigenfrequenz fqfolgende Beziehungen gelten:220 Hz<fe<260 Hz190 Hz<fq<240 Hz1<fe/fq<1,2und folgende Hebelarmverhältnisse:L1S/L1<0,5L2S/L2<0,5mit:L1S Abstand der Drehachse (17) des Federtellers (8) des einen Spannhebels (4) zu dessen Drehachse (10) auf der Basis (3);L1 Abstand der Drehachse (18) der Spannrolle (6) des einen Spannhebels (4) zu dessen Drehachse (10) auf der Basis (3);L2S Abstand der Drehachse (19) des Federtellers (9) des anderen Spannhebels (5) zu dessen Drehachse (11) auf der Basis (3);L2 Abstand der Drehachse (20) der Spannrolle (7) des anderen Spannhebels (5) zu dessen Drehachse (11) auf der Basis (3).

Description

• Die Erfindung betrifft einen Riemenspanner eines Startergenerator-Riementriebs einer Brennkraftmaschine, umfassend:
• - eine Basis,
• - zwei Spannhebel, an deren Hebelenden jeweils eine vom Riemen umschlungene Spannrolle einerseits und ein Federteller andererseits drehbar gelagert sind, wobei die Spannhebel jeweils zwischen dem Federteller und der Spannrolle drehbar auf der Basis gelagert sind und die Drehachsen der Spannhebel auf der Basis voneinander und von der Drehachse des Startergenerators verschieden sind,
• - und eine zwischen den Federtellern eingespannte Schraubendruckfeder, die die Spannrollen aufeinander zu kraftbeaufschlagt.
• Ein derartiger Riemenspanner ist aus der jeweils gattungsgemäßen US 2019/ 0 285 149 A1 , US 9 759 293 B2 und DE 103 48 878 A1 bekannt. Der kinematischen Konstruktion dieser sogenannten Zweiarm-Spanner liegt oftmals das Ziel zugrunde, dass die auf die Spannrollen wirkende Federkraft - unabhängig von der gegenseitigen Auslenkung der Spannhebel und folglich unabhängig vom Federweg der Schraubendruckfeder - möglichst unveränderlich und idealerweise konstant ist. Dieses Ziel ist prinzipiell mit einer vergleichsweise kleinen Federrate zu erreichen. Ein weiteres Ziel besteht in einem möglichst schwingungsarmen Betriebsverhalten des Riemenspanners. Dieses weitere Ziel ist prinzipiell mit einer vergleichsweise hohen Federeigenfrequenz und folglich hohen Federrate zu erreichen. Damit stehen beide Ziele in gegenseitigem Konflikt.
• Die US 2004 / 0 043 854 A1 offenbart einen Riemenspanner einer elektrischen Fahrzeuglenkung.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Zielkonflikt zu entschärfen.
• Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll die Schraubendruckfeder eine Federrate c > 20 N/mm haben, wobei für deren Längseigenfrequenz f_e und deren Quereigenfrequenz f_q folgende Beziehungen gelten: $$220\text{ Hz}<{\text{f}}_{\text{e}}<260\text{ Hz}$$

  

  $$\text{190 Hz}<{\text{f}}_{\text{q}}<240\text{ Hz}$$

  

  $$1<{\text{f}}_{\text{e}}{\text{/f}}_{\text{q}}<\mathrm{1,2}$$

  

  und die Spannhebel sollen folgende Hebelarmverhältnisse haben: $$\text{L1S/L1}<\mathrm{0,5}$$

  

  $$\text{L2S/L2}<\mathrm{0,5}$$

  

  mit:

L1S

Abstand der Drehachse des Federtellers des einen Spannhebels zu dessen Drehachse auf der Basis;

L1

Abstand der Drehachse der Spannrolle des einen Spannhebels zu dessen Drehachse auf der Basis;

L2S

Abstand der Drehachse des Federtellers des anderen Spannhebels zu dessen Drehachse auf der Basis;

L2

Abstand der Drehachse der Spannrolle des anderen Spannhebels zu dessen Drehachse auf der Basis.

• Diese erfindungsgemäße Kombination der vergleichsweise kleinen Hebelarmverhältnisse mit der vergleichsweise hohen Federrate löst den eingangs erläuterten Zielkonflikt bestmöglich auf. Denn Abstandsänderungen der Spannrollen und folglich gegenseitige Auslenkungen der Spannhebel werden in deutlich kleinere Abstandsänderungen der Federteller und folglich kleinere Federwege mit entsprechend kleinen Federkraftänderungen übersetzt.
• Die mit der vergleichsweise hohen Federrate einhergehende hohe Federeigenfrequenz verhindert es, dass die Feder innerhalb des betrieblichen Drehzahlbereichs der Brennkraftmaschine in Resonanz gerät. Das Schwingungsverhalten der Feder wird nicht nur in deren Längsrichtung, sondern auch in deren Querrichtung verbessert. Ein resonanzfreies Schwingungsverhalten der Schraubendruckfeder in Querrichtung wird durch die zuvor genannten Beziehungen für die Längseigenfrequenz f_e und die Quereigenfrequenz f_q der Feder erzielt.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenspanners eines Nebenaggregate-Riementriebs einer Brennkraftmaschine. Funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
• 1 den aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannten Riemenspanner;
• 2 den erfindungsgemäßen Riemenspanner in der Draufsicht.
• In 1 ist ein Startergenerator-Riementrieb einer Brennkraftmaschine mit einem bekannten Riemenspanner 1 dargestellt. Dieser umfasst eine am Startergenerator 2 befestigte Basis 3 und zwei darauf drehbar gelagerte Spannhebel 4 und 5, an deren Hebelenden jeweils eine Spannrolle 6 bzw. 7 einerseits und ein Federteller 8 bzw. 9 andererseits drehbar gelagert sind. Die Drehlager der Spannhebel 4, 5 auf der Basis 3 befinden sich jeweils zwischen dem Federteller 8 bzw. 9 und der Spannrolle 6 bzw. 7, wobei die Drehachsen 10 bzw. 11 der Spannhebel 4, 5 auf der Basis 3 voneinander und von der Drehachse 12 des Startergenerators 2 verschieden sind. Die Vorspannung des die Generatorriemenscheibe 13, die Spannrollen 6, 7 und (zumindest) eine Kurbelwellenriemenscheibe 16 umschlingenden Riemens 14 wird durch eine Schraubendruckfeder 15 erzeugt, die zwischen den Federtellern 8, 9 eingespannt ist und deren Federkraft die Spannrollen 6, 7 aufeinander zu kraftbeaufschlagt. Dabei wird in Abhängigkeit des Startergenerator-Betriebsmodus (Starten der Brennkraftmaschine oder Generatorbetrieb) das momentane Leertrum des Riemens 14 vorgespannt.
• Bei den eingezeichneten Hebelarmen handelt es sich um folgende Abstände:

L1S

Abstand der Drehachse 17 des Federtellers 8 des einen Spannhebels 4 zu dessen Drehachse 10 auf der Basis 3

L1

Abstand der Drehachse 18 der Spannrolle 6 des einen Spannhebels 4 zu dessen Drehachse 10 auf der Basis 3

L2S

Abstand der Drehachse 19 des Federtellers 9 des anderen Spannhebels 5 zu dessen Drehachse 11 auf der Basis 3

L2

Abstand der Drehachse 20 der Spannrolle 7 des anderen Spannhebels 5 zu dessen Drehachse 11 auf der Basis 3

• Es ist deutlich erkennbar, dass für die Hebelarmverhältnisse in guter Näherung gilt: $$\text{L1S/L1}\sim \text{L2S/L2}\sim \text{1}$$

  
• Das bedeutet, dass die betriebliche Abstandsänderung der Spannrollen 6, 7 zueinander mit einer ähnlich großen Abstandsänderung der Federteller 8, 9 zueinander einhergeht und dass umgekehrt die entsprechend große Federkraftänderung mit einer ähnlich großen Kraftänderung der Spannrollen 7, 8 auf den Riemen 14 einhergeht. Wie eingangs erläutert, ist zum einen die hohe Änderung der Riemenvorspannkraft unerwünscht. Zum anderen beschränkt der hohe Federweg die Höhe der Federrate und folglich die Eigenfrequenz der Schraubendruckfeder 15, die dann innerhalb des betrieblich nutzbaren Drehzahlbereichs der Brennkraftmaschine in Resonanz zu gelangen droht.
• Der in 2 dargestellte Riemenspanner 1 entschärft den Zielkonflikt zwischen einer möglichst geringen Änderung der Riemenvorspannkraft und einem möglichst schwingungsarmen Betrieb der Schraubendruckfeder 15. Dies erfolgt durch die Dimensionierung der Hebelarme der Spannhebel 4, 5 mit folgenden Verhältnissen: $$\text{L1S/L1}<\mathrm{0,5}$$

  

  $$\text{L2S/L2}<\mathrm{0,5}$$

  
• Vorliegend gilt: L1S/L1 = L2S/L2 = 0,49 und folglich gilt auch: $$\text{L1S/L1}=\text{L}2\text{S/L2}$$

  
• Die Federrate c der Schraubendruckfeder 15 beträgt: 20 N/mm < c < 40 N/mm.
• Das Schwingungsverhalten im Sinne eines resonanzfreien Betriebs der Schraubendruckfeder ist durch die eingangs genannten Beziehungen für die Längseigenfrequenz f_e und die Quereigenfrequenz f_q optimiert: $$220\text{ Hz}<{\text{f}}_{\text{e}}<260\text{ Hz}$$

  

  $$190\text{ Hz}<{\text{f}}_{\text{q}}<240\text{ Hz}$$

  

  $$1<{\text{f}}_{\text{e}}/{\text{f}}_{\text{q}}<\mathrm{1,2}$$

  

Claims (3)

1. Riemenspanner (1) für einen Startergenerator-Riementrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend: - eine Basis (3), - zwei Spannhebel (4, 5), an deren Hebelenden jeweils eine vom Riemen (14) umschlungene Spannrolle (6, 7) einerseits und ein Federteller (8, 9) andererseits drehbar gelagert sind, wobei die Spannhebel (4, 5) jeweils zwischen dem Federteller (8, 9) und der Spannrolle (6, 7) drehbar auf der Basis (3) gelagert sind und die Drehachsen (10, 11) der Spannhebel (4, 5) auf der Basis (3) voneinander und von der Drehachse (12) des Startergenerators (2) verschieden sind, - und eine zwischen den Federtellern (8, 9) eingespannte Schraubendruckfeder (15), die die Spannrollen (6, 7) aufeinander zu kraftbeaufschlagt, gekennzeichnet durch die Federrate c > 20 N/mm der Schraubendruckfeder (15), wobei für deren Längseigenfrequenz f_e und deren Quereigenfrequenz f_q folgende Beziehungen gelten: $$220\text{ Hz}<{\text{f}}_{\text{e}}<260\text{ Hz}$$

   

   $$190\text{ Hz}<{\text{f}}_{\text{q}}<240\text{ Hz}$$

   

   $$1<{\text{f}}_{\text{e}}/{\text{f}}_{\text{q}}<\mathrm{1,2}$$

   

   und folgende Hebelarmverhältnisse: $$\text{L1S}/\text{L1}<\mathrm{0,5}$$

   

   $$\text{L2S}/\text{L2}<\mathrm{0,5}$$

   

   mit: L1S Abstand der Drehachse (17) des Federtellers (8) des einen Spannhebels (4) zu dessen Drehachse (10) auf der Basis (3); L1 Abstand der Drehachse (18) der Spannrolle (6) des einen Spannhebels (4) zu dessen Drehachse (10) auf der Basis (3); L2S Abstand der Drehachse (19) des Federtellers (9) des anderen Spannhebels (5) zu dessen Drehachse (11) auf der Basis (3); L2 Abstand der Drehachse (20) der Spannrolle (7) des anderen Spannhebels (5) zu dessen Drehachse (11) auf der Basis (3).
2. Riemenspanner (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: L1S/L1 = L2S/L2.
3. Riemenspanner (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch: c < 40 N/mm.

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