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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zugmittelantrieb, der
zum Antrieb von zumindest einem Aggregat einer Brennkraftmaschine
vorgesehen ist. Dabei umfasst der Zugmitteltrieb ein Zugmittel,
dass Laufscheiben des Abtriebsorgans und zumindest eines Antriebsorgans
verbindet. Zwei radial beabstandede Maschinenteile des Antriebsorgans
bilden einen kreisringförmigen
Einbauraum, der für
eine Freilaufeinheit bestimmt ist, die eine Freilaufkuppklung und
zumindest ein Wälzlager
einschließt. Die
Freilaufkupplung hat die Aufgabe, bei Schwankungen einer Winkelgeschwindigkeit
das Antriebsorgan nur bei einer beschleunigten Winkelgeschwindigkeit
anzutreiben.
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Hintergrund
der Erfindung
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Zugmittelanbtriebe
von Brennkraftmaschinen sind der funktionsbedingten Drehungleichförmigkeit
der Brennkraftmaschine ausgesetzt. Die Drehungleichförmigkeit
leitet ein Wechselmoment und damit verbunden Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit
in den Zugmittelantrieb, die bei anzutreibenden Aggregaten mit großen Drehmassen,
wie beispielsweise einem Generator, einem Klimakompressor oder Pumpen
mit zusätzlichen
Schwungmassen insbesondere das Zugmittel des Zugmittelantriebs hoch belasten.
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Als
Maßnahme,
die Belastung des Zugmittelantriebs zu reduzieren ist aus der
DE 195 11 188 A1 eine
Freilaufkupplung bekannt, die in einer Ablaufscheibe des riemengetriebenen
Generators integriert ist. Die Freilaufkupplung ist so aufgebaut
und in die Laufscheibe eingesetzt, dass einerseits in einer Beschleunigungsphase
des Zugmittelantriebs die von der Kurbelwelle, dem Antriebsorgan,
in das Zugmittel eingeleitete Drehbewegung durch die eingekoppelte Freilaufkupplung
unmittelbar auf den Generator übertragen
wird. Andererseits entkoppelt die Freilaufkupplung, sobald die Eigenverzögerung des
Generators kleiner ist als die Verzögerung der Laufscheibe, die
mit Abtriebsorgan, der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung
steht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Problemstellung der vorliegenden Aufgabe besteht darin, einen Zugmittelantrieb
nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 derartig weiter
zu bilden, dass die Freilaufeinheit sowohl ein starkes Wechselmoment
des anzutreibenden Aggregates als auch die im Zugmittelantrieb eingeleitete Drehungleichförmigkeit
der Brennkraftmaschine kompensiert.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabenstellung in einem Zugmittelantrieb für eine Hochdruckpumpe realisiert,
die vorzugsweise für
Diesel-Speichereinspritzsysteme
(Common Rail) heutiger Diesel-Brennkraftmaschinen bestimmt ist.
Zur Erzielung verkürzter
Hochdruckleitungen zwischen der Hochdruckpumpe und dem Hochdruckspeicher
dieser Einspritzsysteme wird die Hochdruckpumpe von dem Steuertrieb
bzw. der Nockenwelle angetrieben. Der dazu separat vom Steuertrieb
vorgesehene Zugmittelantrieb verbindet die Laufscheiben des Abtriebsorgans
vorzugsweise, eine mit der Nockenwelle ver bundene Laufscheibe mit
dem Antriebsorgan, ausgebildet als eine der Hochdruckpumpe zugeordnete Laufscheibe.
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Kraftstoff-Hochdruckpumpen
weisen einen ungleichmäßigen Drehmomentenverlauf
auf, wodurch diese Pumpen eine nachteilige Schwingungsanregung des
Zugmittelantriebs auslösen,
verbunden mit negativen Rückwirkungen
auf den Steuertrieb bzw. auf die Steuerzeiten der Brennkraftmaschine.
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Der
Antrieb einer Diesel-Hochdruckpumpe für ein Diesel-Speichereinspritzsystem
erfordert keine genaue Winkellage zwischen den Abtriebsorgan und
dem Antriebsorgan. Folglich kann dem Antriebsorgan des Zugmittelantriebs
für eine
Diesel-Hochdruckpumpe eine Freilaufeinheit zugeordnet werden. Durch
diese Maßnahme
werden kritische Wechselmomente aus dem Zugmittelantrieb abgekoppelt, verbunden
mit einer Entlastung des Zugmittels, wodurch sich gleichzeitig ein
geräuschoptimierter
Zugmittelantrieb einstellt. Weiterhin unterbleibt eine nachteilige Überlagerung
der funktionsbedingten Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine
mit den Wechselmomenten der Diesel-Hochdruckpumpe auf die zwei miteinander
verbundenen Zugmitteltriebe.
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Erfindungsgemäß ist die
Freilaufeinheit einem Aggregat mit einem stark schwankenden Antriebsmoment
zugeordnet, das funktionsbedingt bzw. bedingt durch die Bauweise
einen ungleichmäßigen Drehmomentverlauf
aufweist und folglich den damit in Verbindung stehenden Zugmitteltrieb,
insbesondere das Zugmittel stark beansprucht. Die für einen
Dieselmotor mit einem Speichereinspritzsystem (Common Rail) bestimmte
Hochdruckpumpe ist zur Erzielung kurzer Druckleitungen zwischen
dem Hochdruckspeicher und der Hochdruckpumpe im Bereich des Zylinderkopfes
der Brennkraftmaschine angeordnet. Dazu bietet es sich an, den Steuertrieb
der Brennkraftmaschine zum Antrieb der Hochdruckpumpe zu nutzen.
Da für
den Steuertrieb üblicherweise
ein Zugmitteltrieb vorgesehen ist, stellt der Hochdruckpumpenantrieb
zwei in Reihe geschaltete Zugmitteltriebe der, wobei der erste,
dem Steuertrieb zugeordnete Zugmitteltrieb einen direkten Winkelbezug zwischen
dem Antriebsorgan und dem Abtriebsorgan, der Kurbelwelle und der
Nockenwelle funktionsbedingt erfordert. Für den nachgeschalteten, dem Antrieb
der Diesel-Hochdruckpumpe bestimmten zweiten Zugmitteltrieb, ist
erfindungsgemäß dem Antriebsorgan
die Freilaufeinheit zugeordnet, wodurch sich eine Beruhigung des
Zugmittels einstellt, zur Erzielung eines geräuschoptimierten, die Lebensdauer erhöhenden Zugmitteltriebs.
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Vorteilhafter
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 12.
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Die
Freilaufeinheit ist gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in der Laufscheibe der
Diesel-Hochdruckpumpe und damit in dem Antriebsorgan integriert.
Der für
die Freilaufeinheit vorgesehene Einbauraum ist radial innen von
einem drehstarren mit der Pumpenwelle verbundener Innenring und
außenseitig
von einem Außenring
der Laufscheibe begrenzt. Zur Erzielung eines abgedichteten Einbauraumes
und einer verbesserten Lebensdauer der Freilaufeinheit ist dem Einbauraum
jeweils stirnseitig eine Abdichtung zugeordnet. Als Abdichtung bietet
sich an, diese drehstarr an dem Außenring der Laufscheibe zu
befestigen, wobei die zugehörige
Dichtlippe unter Einhaltung eines definierten Dichtspaltes bis an
den Innenring herangeführt
ist.
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Eine
erfindungsgemäße Weiterbildung
sieht vor, die Freilaufeinheit innerhalb des Pumpengehäuses anzuordnen,
wobei die Freilaufeinheit zwei Wellenzapfen der Hochdruckpumpe verbindet.
Vorteilhaft greift ein erster Wellenzapfen spielbehaftet in eine
topfartige Aufnahme des zweiten Wellenzapfens ein, wobei sich ein
kreisringförmiger
Ringspalt bzw. Einbauraum zur Aufnahme der Freilaufeinheit einstellt.
Diese Anordnung bildet einen geschützten Einbauraum der Freilaufeinheit,
die keine Abdichtung erfordert. Durch die in das Pumpengehäuse verlagerte Freilaufeinheit
ergibt sich ein vergrößerter Gestaltungsfreiraum
für die
Laufscheibe der Hochdruckpumpe ein.
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Der
Aufbau von Hochdruckpumpen für
Diesel-Speichereinspritzsysteme sieht vor, diese Pumpen mit einer
rotierenden Schwungmasse zu versehen, als Aus gleich für das schwankende
Antriebsmoment, wodurch ein beruhigter Zugmitteltrieb realisiert werden
kann.
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Als
Zugmittel für
den Zugmittelantrieb, der zum Auftrieb der Hochdruckpumpe bestimmt
ist, eignet sich bevorzugt ein Zahnriemen, um einen schlupffreien
Antrieb zu gewährleisten.
Alternativ zu einem Zahnriemen schließt die Erfindung zum Antrieb
der Hochdruckpumpe einen Flachriemen oder eine Kette als Zugmittel
ein.
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Für die Funktion
des Zugmittelantriebs ist eine Vorspannung des Zugmittels erforderlich,
die vorzugsweise mittels einer separaten Spannvorrichtung erzielbar
ist. Dazu eignet sich beispielsweise eine Exzenter-Spannvorrichtung,
bei der eine federkraftbeaufschlagte Spannrolle oder Laufscheibe selbsttätig, vorzugsweise
im Bereich des Leerturms, an dem Zugmittel abgestützt ist.
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Alternativ
zu einer separaten Spannvorrichtung bietet sich eine schwenkbare
Hochdruckpumpe an, die über
ein Federelement abgestützt,
eine erforderliche Vorspannkraft des Zugmittels sicherstellt. Dazu
beaufschlagt das Federmittel die Hochdruckpumpe in eine das Zugmittel
vorspannendende Drehrichtung. Die schwenkbar angeordnete Hochdruckpumpe
ist dabei über
eine elastische Druckleitung mit dem Hochdruckspeicher des Diesel-Speichereinspritzsystems
der Brennkraftmaschine verbunden.
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Der
erfindungsgemäße Zugmittelantrieb
umfasst bevorzugt eine als Klemmkörperfreilauf gestaltete Freilaufkupplung.
Alternativ dazu schließt
die Erfindung einen Klemmrollenfreilauf oder einen Hülsenfreilauf
ein. Da die Erfindung sich auf kein konkretes Freilaufkonzept beschränkt, bietet
es sich weiterhin an, als Freilaufkupplung einen Schlingbandfreilauf einzusetzen.
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Kurze Beschreibungen
der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in drei Figuren dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Zugmittelantriebs;
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2 einen Teilbereich der
im Schnitt dargestellten Hochdruckpumpe, gemäß dem Schnittverlauf 2-2, gemäß 1;
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3 einen Ausschnitt einer
Hochdruckpumpe bei der die Freilaufeinheit innerhalb des Pumpengehäuses integriert
ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt einen Zugmittelantrieb 1 zwischen
einem Abtriebsorgan 2 und einem Antriebsorgan 3.
Das Abtriebsorgan 2 stellt dabei eine drehstarre mit einer
Nockenwelle einer Brennkraftmaschine verbundene Laufscheibe 4 dar,
wobei die Nockenwelle und damit das Abtriebsorgan 2 einen
Antrieb von einer in 1 nicht
abgebildeten, mit einer Kurbelwelle verbundenen Laufscheibe erfährt, und
dazu ein weiterer Zugmitteltrieb 5 vorgesehen ist. Ein
Zugmittel 7 verbindet das Abtriebsorgan 2 mit
dem Antriebsorgan 3 und umschließt dabei zumindest teilweise
die Laufscheibe 4 sowie die zugehörige, dem Antriebsorgan 3 zugeordnete
Laufscheibe 6. Das eine Diesel-Hochdruckpumpe darstellende
Antriebsorgan 3 umfasst eine, der Laufscheibe 6 zugeordnete
Freilaufeinheit 8a. Zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung
des Zugmittels 7 schließt der Zugmittelantrieb 1 weiterhin
eine Spannvorrichtung 9 ein. Diese selbsttätige, einen
Exzenter einschließende Spannvorrichtung 9 stützt sich
an dem im Uhrzeigersinn umlaufenden Zugmittelantriebs 1 im
Leerturm an dem Zugmittel 7 ab. Der Zugmittelantrieb 1 ist
wie 1 darstellt, dem
Zugmittelantrieb 5 nachgeordnet und vermeidet eine nachteilige Übertragung
einer Drehungleichförmigkeit
der Brennkraftmaschine von dem Abtriebsorgan 2 auf das
Antriebsorgan 3 aufgrund der erfindungsgemäß in die
Laufscheibe 6 integrierten Freilaufeinheit 8a.
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Den
Aufbau des Antriebsorgans 3, insbesondere die Einbaulage
der Freilaufeinheit 8a innerhalb der Laufscheibe 6 verdeutlicht
die 2. Die Laufscheibe 6 umfasst
einen drehstarr mit einer Pumpenwelle 11a verbundenen Innenring 12,
der radial beabstandet, unter Bildung eines kreisringförmigen Einbauraumes 15,
von einem Außenring 16 umschlossen
ist. Die in einem Gehäuse 14 einer
Hochdruckpumpe wälzgelagerte
Pumpenwelle 11a ist dabei über einen als Konusverband 13 ausgebildeten Pressverband
mit der Laufscheibe 6 verbunden. Der Einbauraum 15 dient
zur Aufnahme der Freilaufeinheit 8a, die mittig eine Freilaufkupplung 17a einschließt, der
beidseitig ein Wälzlager 18, 19 zugeordnet
ist. Zur Erzielung einer abgedichteten Freilaufkupplung 17a bietet
es sich an, den Einbauraum 15 beidseitig mittels einer
Abdichtung zu verschließen. Ausgehend
von dem Gehäuse 14 der
Hochdruckpumpe 20 ist der Laufscheibe 6 die Schwungmasse 10 vorgelagert.
Die auf einer Führungsbuchse 21 zentrierte
Schwungmasse 10 stützt
sich axial an dem Innenring 12 der Laufscheibe 6 ab.
Eine für
die Funktion des Konusverbandes 13 erforderliche Axialkraft wird
mittels der Führungsbuchse 21 erreicht,
die gleichzeitig die Funktion einer Schraubenmutter ausübt, die
auf einen endseitigen Gewindeabschnitt 22 der Pumpenwelle 11a verschraubt, über eine
Schulter der Schwungmasse 10 eine Axialkraft auf den Konusverband 13 ausübt.
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Die 3 zeigt einen zu 2 abweichenden zweiteiligen
Aufbau der Pumpenwelle 11b, die zwei Wellenzapfen 23, 24 einschließt. Der über den Konusverband 13 kraft-
und formschlüssig
mit der Laufscheibe 6 verbundene Wellenzapfen 23 bildet eine
topfartige Aufnahme 25, in die radial beabstandet der Wellenzapfen 24 eingreift.
Dabei bildet sich ein kreisförmiger
Einbauraum 26, der zur Aufnahme der Freilaufeinheit 8b bestimmt
ist. Abweichend zu der Freilaufeinheit 8a gemäß 2, schließt die Freilaufeinheit 8b gemäß 3 nur ein seitlich der Freilaufkupplung 17b nebengeordnetes
Wälzlager 27 ein.
Der Wellenzapfen 23 ist über das Wälzlager 28 drehbar
in dem Gehäuse 14 der
Hochdruckpumpe 20 gelagert.
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- 1
- Zugmittelantrieb
- 2
- Abtriebsorgan
- 3
- Antriebsorgan
- 4
- Laufscheibe
- 5
- Zugmittelantrieb
- 6
- Laufscheibe
- 7
- Zugmittel
- 8a
- Freilaufeinheit
- 8b
- Freilaufeinheit
- 9
- Spannvorrichtung
- 10
- Schwungmasse
- 11a
- Pumpenwelle
- 11b
- Pumpenwelle
- 12
- Innenring
- 13
- Konusverband
- 14
- Gehäuse
- 15
- Einbauraum
- 16
- Außenring
- 17a
- Freilaufkupplung
- 17b
- Freilaufkupplung
- 18
- Wälzlager
- 19
- Wälzlager
- 20
- Hochdruckpumpe
- 21
- Führungsbuchse
- 22
- Gewindeabschnitt
- 23
- Wellenzapfen
- 24
- Wellenzapfen
- 25
- Aufnahme
- 26
- Einbauraum
- 27
- Wälzlager
- 28
- Wälzlager