DE112015002405B4

DE112015002405B4 - Riementransmissionssystem

Info

Publication number: DE112015002405B4
Application number: DE112015002405.0T
Authority: DE
Inventors: Keisuke Takenaka
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2035-05-16
Also published as: US20170122414A1; KR102137279B1; DE112015002405T5; CN106461033B; WO2015177997A1; JPWO2015177997A1; CN106461033A; US10295025B2; KR20170009862A

Abstract

Riementransmissionssystem, umfassend:eine erste Riemenscheibe, die eine erste Leistung überträgt;eine zweite Riemenscheibe, die eine zweite Leistung überträgt;einen Riemen (2), der als Endlosriemen ausgebildet und zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe gespannt ist; undeine automatische Spannvorrichtung (1, 31, 41) mit einer ersten Spannrolle (5), die an einem Abschnitt des Riemens (2), der sich zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe befindet, am Leertrum während eines normalen Betriebs Spannung anlegt, mit einer zweiten Spannrolle (3), die an einem Abschnitt des Riemens (2), der sich zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe befindet, am Lasttrum während eines normalen Betriebs Spannung anlegt, und mit einem Halter (11), der an einem festen Element (13) in einer axialen Drehrichtung des festen Elements (13) schwingbar vorgesehen ist, wobeidie erste Spannrolle (5) und die zweite Spannrolle (3) beide an dem Halter (11) gelagert sind,Kraft von dem Riemen (2) die erste Spannrolle (5) und die zweite Spannrolle (3) in der gleichen Richtung drehen lässt undbei Drehen der ersten Spannrolle (5) in einer den Riemen (2) spannenden Richtung die zweite Spannrolle (3) ebenfalls in der den Riemen (2) spannenden Richtung dreht,dadurch gekennzeichnet,dass ein T/S-Verhältnis, ermittelt durch die Gleichung{L1×sin(θ1/2)×sin(α1)}/{L2×sin(θ2/2)×sin(α2)},größer als 1 ist, wobei eine erste Halterlänge von einem Drehpunkt (10) des Halters (11) zu einer Mitte der zweiten Spannrolle (3) L1beträgt, ein Riemenumschlingungswinkel an der zweiten Spannrolle (3) θ1beträgt und ein Nabenlastwinkel an der zweiten Spannrolle (3) α1beträgt und wobei eine zweite Halterlänge von einem Drehpunkt (10) des Halters (11) zu einer Mitte der ersten Spannrolle (5) L2beträgt, ein Riemenumschlingungswinkel an der ersten Spannrolle (5) θ2beträgt und ein Nabenlastwinkel an der ersten Spannrolle (5) α2beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Riementransmissionssystem.
Technischer Hintergrund
Manche Riementransmissionssysteme, die einen Verbrennungsmotor, einen Generator und einen Anlasser aufweisen, umfassen zwei automatische Spannvorrichtungen (nachstehend mit AS abgekürzt). Von den zwei AS muss insbesondere die AS, die sich zwischen einer Kurbelwellenriemenscheibe und dem Generator befindet, eine hohe Dämpfungseigenschaft bei Einsetzen des Arbeitens des Generators und des Anlassers aufweisen. Daher werden in Riementransmissionssystemen vermehrt hydraulische AS genutzt.
Liste der Anführungen
Patentschrift

Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2001-193807
Patentschrift 2: US-Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2003/0153420
Patentschrift 3: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-068973

Zusammenfassung der Offenbarung
Technisches Problem
Hydraulische AS sind verglichen mit anderen Arten von AS aber relativ teuer. Bei Riementransmissionssystemen, die zwei AS nutzen, ist eine weitere AS nötig. Dies führt zu erhöhten Fertigungskosten.
Bei einsetzendem Arbeiten des Generators und des Anlassermotors oder während normaler Nutzung kann dagegen der Riemen schlupfen, was zu Startproblemen und anomalem Geräusch führt.
JP 2001-193807 beschreibt dagegen ein Riementransmissionssystem mit einem Verbrennungsmotor und einem Generator/Anlassermotor. Die Schrift offenbart eine Konfiguration, bei der eine erste und eine zweite Spannrolle R1, R2 jeweils an einer durchhängenden Seite und an einer gespannten Seite einer Riemenscheibe des Generators/Anlassermotors vorgesehen sind. Bei diesem Riementransmissionssystem drehen die Spannrollen R1, R2 in entgegengesetzten Richtungen. Ferner ist eine Feder zum Anlegen von Spannung, die von einer der Spannrollen benötigt wird, vorgesehen.
Gemäß dieser Konfiguration kann ein von der Feder gefordertes erzeugtes Drehmoment reduziert werden. Die Spannung, die erzeugt werden kann (Federkraft und Dämpfungsleistung) ist jedoch niedrig, weshalb die Schwingung eines Halters zunimmt und es leicht zu Schlupf und anomalem Geräusch kommen kann. Ferner treten Probleme in Verbindung mit Haltbarkeit auf, wenn die Schwingung des Halters zunimmt.
US 2003/0153420 offenbart eine automatische Spannvorrichtung, die zwei schwenkbar angeordnete Halter umfasst, wobei jeder Halter mit einer Spannrolle gekoppelt ist. Wenn aber eine Spannrolle an einer gespannten Seite eines Riemens einer AGS-Riemenscheibe angeordnet ist und die andere an einer durchhängenden Seite des Riemens der AGS-Riemenscheibe, dreht eine Spannrolle in einer Richtung, die den Riemen spannt, so dass die andere in einer Richtung dreht, die den Riemen durchhängen lässt. Folgt man der hier beschriebenen Technik wäre es daher schwierig, eine hohe Dämpfungsleistung zu erhalten und die Schwingung des Halters effektiv zu unterbinden.
JP 2004-068973 offenbart eine automatische Spannvorrichtung, welche eine Welle in der Form einer Rundstange umfasst, die sich an einer Schwenkposition befindet, wobei diese Welle in schwingbarer Weise einen ersten und einen zweiten Halter lagert. Bei dieser automatischen Spannvorrichtung wird eine Anordnung genutzt, die einen Nabenlastwinkel von 170° oder weniger wahrt, womit ein Fallen der Spannung des Riemens unter 0 verhindert werden kann und Schlupf des Riemens und das Auftreten von anomalem Geräusch reduziert werden kann. Diese automatische Spannvorrichtung zielt aber nicht darauf ab, die Schwingung des Halters zu reduzieren und die Lebensdauer des Systems zu verlängern.
DE 10 2008 058 969 A1 zeigt eine Einrichtung zum Spannen eines wechselnd beaufschlagten Zugmittels, insbesondere eines zwischen einer Kurbelwelle und einem Starter-Generator einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit Gehäuse wirksamen Riemens, umfassend eine erste Spannrolle zum Spannen eines ersten Trums des Zugmittels und eine zweite Spannrolle zum Spannen eines zweiten Trums des Zugmittels, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Spannrolle auf einer gemeinsamen, um einen brennkraftmaschinengehäusefesten Punkt verschwenkbaren und spannkraftbeaufschlagten Trageinrichtung angeordnet sind und die Zugmittelkraft des ersten Trums und die Zugmittelkraft des zweiten Trums bezüglich einer Verschwenkbewegung der Trageinrichtung um den Punkt gleichsinnig auf die Trageinrichtung wirken.
Zu beachten ist, dass das Erhalten einer hohen Dämpfungsleistung und das Reduzieren der Schwingung des Halters nicht nur für ein Riementransmissionssystem mit einer Kurbelwellenriemenscheibe und einer Generator/Anlasser-Riemenscheibe wichtig ist, sondern auch für eine automatische Spannvorrichtung, die in einem System zum Übertragen jeglicher Art von Leistung verwendet wird.
Die vorliegende Offenbarung hat zur Aufgabe, in einem Riementransmissionssystem, bei dem eine Kurbelwellenriemenscheibe und eine Generator/Anlasser-Riemenscheibe etc. ausgelegt sind, um in austauschbarer Weise als Antriebsriemenscheibe und Abtriebsriemenscheibe zu dienen, durch Reduzieren der Schwingung des Halters das Auftreten von Schlupf und anomalem Geräusch zu reduzieren und die Haltbarkeit zu verbessern.
Lösung des Problems
Ein Riementransmissionssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine erste Riemenscheibe, die eine erste Leistung übertragt, eine zweite Riemenscheibe, die eine zweite Leistung überträgt, einen Endlosriemen, der zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe gewickelt ist, und eine automatische Spannvorrichtung, die eine erste Spannrolle, eine zweite Spannrolle, ein festes Element und einen Halter umfasst. Die erste Spannrolle legt an einem Abschnitt des Riemens, der sich zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe befindet, an einer durchhängenden Seite der ersten Riemenscheibe während normalen Betriebs eine Spannung an. Die zweite Spannrolle legt an einem Abschnitt des Riemens, der sich zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe befindet, an einer gespannten Seite der ersten Riemenscheibe während normalen Betriebs eine Spannung an. Der Halter ist an dem festen Element in einer axialen Drehrichtung des festen Elements in einer schwingfähigen Weise vorgesehen. Zudem werden die erste Spannrolle und die zweite Spannrolle beide von dem Halter gelagert. Die Richtung, in der die erste Spannrolle angetrieben von der Kraft von dem Riemen dreht, ist die gleiche wie die Richtung, in der die zweite Rolle angetrieben von der Kraft von dem Riemen dreht. Wenn die erste Spannrolle in einer Richtung dreht, die den Riemen spannt, kann ferner auch die zweite Spannrolle in einer Richtung drehen, die den Riemen spannt.
Vorteile der Offenbarung
Ein Riementransmissionssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann Schlupf, Halterschwingung und anomales Geräusch reduzieren.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Konfiguration eines Riementransmissionssystems mit einer automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die die automatische Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 ist eine Querschnittansicht entlang der in 4 eingezeichneten Linie III-III (siehe 4) der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine Draufsicht auf die automatische Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung (von einer Spannrollenseite aus gesehen).
5 ist eine Seitenansicht der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
6 erläutert verschiedene Arten einer Kraft, die bei Nutzen einer herkömmlichen automatischen Spannvorrichtung in einem Riementransmissionssystem wirken.
7A erläutert verschiedene Arten von Kraft, die während eines statischen Zustands bei Nutzen einer automatischen Spannvorrichtung gemäß einer Ausführungsform in einem Riementransmissionssystem wirken.
7B erläutert verschiedene Arten von Kraft, die während eines Betriebszustands bei Nutzen der automatischen Spannvorrichtung gemäß der Ausführungsform in einem Riementransmissionssystem wirken.
8 zeigt die Beziehung zwischen einer Riemenspannung (Trumspannung) um die Riemenrippen bei einem optimierten T/S-Verhältnis und einem T/S-Verhältnis von 1,00 und einem an einer Riemenscheibe in einem Riementransmissionssystem der in 7B gezeigten Anordnung erzeugten Drehmoment.
9 zeigt an einer Riemenscheibe 50 die Beziehung zwischen der Summe der Spannungen, die an einer gespannten Seite und einer durchhängenden Seite des Riemens um die Riemenrippen auftreten, und einem an der Riemenscheibe 50 erzeugten Drehmoment.
10A zeigt Simulationsergebnisse einer Beziehung einer Riemenspannung Tb₁ zwischen der Riemenscheibe 50 und einer zweiten Spannrolle 3 und einer Riemenspannung Tb₂ zwischen der Riemenscheibe 50 und einer ersten Spannrolle 5 und einem an der Riemenscheibe 50 erzeugten Drehmoment bei einem T/S-Verhältnis von 1,00 bzw. 3,27.
10B zeigt an der Riemenscheibe 50 die Beziehung der Summe der Spannungskräfte, die an der gespannten Seite des Riemens und der durchhängenden Seite des Riemens auftreten, und des an der Riemenscheibe 50 erzeugten Drehmoments.
11A zeigt in einem Riementransmissionssystem mit der automatischen Spannvorrichtung nach der Ausführungsform eine Anordnung, bei der das T/S-Verhältnis auf 1,0 eingestellt ist.
11B zeigt in einem Riementransmissionssystem mit der automatischen Spannvorrichtung nach der Ausführungsform eine Anordnung, bei der das T/S-Verhältnis auf 3,27 eingestellt ist.
12 zeigt die Beziehung eines Verhältnisses des T/S-Verhältnisses und eines optimalen Werts des T/S-Verhältnisses in einem Riementransmissionssystem und einer erforderlichen Spannung und einer maximalen Spannung des Riemens.
13A zeigt eine Variante eines Riementransmissionssystems mit der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
13B zeigt eine Variante des Riementransmissionssystems mit der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
13C zeigt eine Variante des Riementransmissionssystems mit der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
14A zeigt eine Variante des Riementransmissionssystems mit der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
14B zeigt eine Variante des Riementransmissionssystems mit der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
14C zeigt eine Variante des Riementransmissionssystems mit der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
15A zeigt eine Variante des Riementransmissionssystems mit der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
15B zeigt eine Variante des Riementransmissionssystems mit der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
15C zeigt eine Variante eines Riementransmissionssystems mit einer herkömmlichen automatischen Spannvorrichtung.
16A zeigt eine Variante des Riementransmissionssystems mit der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
16B zeigt eine Variante eines Riementransmissionssystems mit einer herkömmlichen automatischen Spannvorrichtung.
17A zeigt eine Variante eines Riementransmissionssystems mit einer herkömmlichen automatischen Spannvorrichtung.
17B zeigt eine Variante eines Riementransmissionssystems mit einer herkömmlichen automatischen Spannvorrichtung.

Beschreibung von Ausführungsformen
(Ausführungsform)
- Konfiguration der automatischen Spannvorrichtung -
1 zeigt ein Riementransmissionssystem mit einer automatischen Spannvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 2 ist eine perspektivische Ansicht der automatischen Spannvorrichtung 1 in dem Riementransmissionssystem gemäß dieser Ausführungsform. 3 ist eine Querschnittansicht der automatischen Spannvorrichtung 1 entlang der in 4 gezeigten Linie III-III. 4 ist eine Draufsicht auf die automatische Spannvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform von einer Spannrollenseite aus gesehen. 5 ist eine Seitenansicht der automatischen Spannvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform.
Wie in 1 gezeigt überträgt das Riementransmissionssystem gemäß dieser Ausführungsform an zum Beispiel einem Verbrennungsmotor und einem Generator/Anlassermotor erzeugte Leistung. Der Begriff „Generator/Anlassermotor“ bezeichnet hier eine Vorrichtung, die einen Generator und einen Anlassermotor in einem kombiniert. Das Riementransmissionssystem umfasst: einen Kurbelwellenriemenscheibe (erste Riemenscheibe) 9, die an dem Verbrennungsmotor erzeugte Leistung überträgt; eine Generator/Anlasser-Riemenscheibe (zweite Riemenscheibe) 7, die an dem Generator/Anlassermotor erzeugte Leistung überträgt; einen als Endlosriemen ausgebildeten Riemen 2, der zwischen der Kurbelwellenriemenscheibe 9 und der Generator/Anlasser-Riemenscheibe 7 gewickelt ist; und die automatische Spannvorrichtung 1, die an dem Riemen 2 eine vorbestimmte Spannung anlegt.
Die Konfiguration zum Anlegen von Spannung an dem Riemen 2 und die Konfiguration zum Versehen der automatischen Spannvorrichtung 1 mit einer Dämpfungseigenschaft weisen keine besondere Beschränkung auf. Hier wird jedoch eine automatische Spannvorrichtung 1, die mit einer Drehfeder 15 versehen ist, beispielhaft gezeigt.
Wie in 2-5 gezeigt umfasst die automatische Spannvorrichtung 1: ein festes Element 13, das zum Beispiel an einem Kraftfahrzeugmotor befestigt ist und einen rohrförmigen Abschnitt aufweist; einen Halter 11, der an dem festen Element 13 so vorgesehen ist, dass er in einer axialen Drehrichtung des festen Elements 13 schwingen kann; und eine erste Spannrolle 5 und eine zweite Spannrolle 3, die beide an dem Halter 11 gelagert und befestigt sind. Die erste Spannrolle 5 ist verglichen mit der zweiten Spannrolle 3 näher an dem Schwingungsmittelpunkt (im Folgenden Drehpunkt) 10 des Halters 11. Wie nachstehend dargelegt ist die Konfiguration aber nicht darauf beschränkt.
Die zweite Spannrolle 3 legt während normalen Betriebs an einem Abschnitt des Riemens 2, der sich zwischen einer Kurbelwellenriemenscheibe 9 und der Generator/Anlasser-Riemenscheibe 7 befindet, und an einer gespannten Seite der Kurbelwellenriemenscheibe 9 Spannung an. Die erste Spannrolle 5 legt während normalen Betriebs an einem Abschnitt des Riemens 2, der sich zwischen einer Kurbelwellenriemenscheibe 9 und der Generator/Anlasser-Riemenscheibe 7 befindet, und an einer durchhängenden Seite der Kurbelwellenriemenscheibe 9 Spannung an. Mittels dieser Konfiguration wird die Spannung des Riemens 2 innerhalb eines angemessenen Bereichs angepasst.
Bezüglich eines Verfahrens zur Lagerung des festen Elements 13 des Halters 11 gibt es keine besondere Beschränkung. Zum Beispiel können beide Teile mit einem rohrförmigen Abschnitt unterschiedlicher Durchmesser versehen werden, so dass die rohrförmigen Abschnitte ineinander passen.
In den in 2-5 gezeigten Beispielen umfasst der Halter einen rohrförmigen Achsenabschnitt 17, der in einen rohrförmigen Abschnitt (Spindel) 16 des festen Elements 13 eingesetzt ist, und einen Verlängerungsabschnitt 19, der sich von dem Achsenabschnitt 17 in einer horizontalen Richtung (vertikal bezüglich einer Achsenrichtung des Achsenabschnitts 17 und des festen Elements 13) erstreckt. Die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 sind jeweils mittels eines Befestigungswerkzeugs wie etwa einer Mutter oder einer Schraube an dem Verlängerungsabschnitt 19 befestigt.
Bei einer automatischen Spannvorrichtung 1 ist zwischen zum Beispiel dem rohrförmigen Abschnitt 16 des festen Elements 13 und dem Achsenabschnitt 17 des Halters 11, der an dem rohrförmigen Abschnitt 16 angebracht ist, eine Buchse 12 vorgesehen. Eine Seitenfläche des rohrförmigen Abschnitts 16 des festen Elements 13 und des Achsenabschnitts 17 ist mit einer Drehfeder 15 versehen, die mit einem Ende an dem Halter 11 eingerastet (mit diesem verbunden) ist und mit dem anderen Ende an dem festen Element 13 eingerastet (mit diesem verbunden) ist. Die Drehfeder 15 weist eine Achse auf, die in etwa der Achse des Achsenabschnitts 17 entspricht, und kann mittels der ersten Spannrolle 5 und der zweiten Spannrolle 3 durch Antreiben des Halters 11 in einer Schwingungsrichtung des Halters an dem Riemen 2 Spannung anlegen. Vorteilhafterweise besteht die Drehfeder 15 aus einem Metall wie zum Beispiel Silicium-Chrom-Kupfer oder aus einer metallischen Verbindung.
Der Riemen 2 kann ein Flachriemen sein, kann aber auch ein Zahnriemen, ein gezahnter Riemen, ein Keilriemen oder eine andere Art von Riemen sein. Bezüglich einer Oberfläche des Riemens 2, die mit der ersten Spannrolle 5 und der zweiten Spannrolle 3 in Kontakt steht, gibt es keine besondere Beschränkung. Wenn zum Beispiel der Riemen 2 ein Flachriemen oder ein Zahnriemen ist, kann die erste Spannrolle 5 mit einer Außenfläche oder einer Innenfläche des Riemens 2 in Kontakt stehen, und die zweite Spannrolle 3 kann mit der anderen Fläche von Außenfläche und Innenfläche des Riemens als bei der ersten Spannrolle 5 in Kontakt stehen. Alternativ können die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 mit einer Seitenfläche des Riemens 2 in Kontakt stehen.
Das feste Element 13 ist zum Beispiel mittels eines Befestigungswerkzeugs, wie etwa einem Bolzen, an einem Motorkörper befestigt. Das feste Element 13 und der Halter 11 bestehen aus einem bekannten Material und können unter Verwenden einer Matrize gebildet werden.
Bei der automatischen Spannvorrichtung 1 der Ausführungsform lässt Kraft von dem Riemen 2 die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 in der gleichen Richtung drehen.
Wenn die erste Spannrolle 5 in einer Richtung dreht, die den Riemen spannt, dreht ferner auch die zweite Spannrolle 3 in einer Richtung, die den Riemen 2 spannt. Wenn dagegen die erste Spannrolle 5 in einer Richtung dreht, die den Riemen durchhängen lässt, dreht auch die zweite Spannrolle 3 in einer Richtung, die den Riemen 2 durchhängen lässt.
Bei der automatischen Spannvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform wird bei Starten eines Motors und dessen Antreiben (während normalen Betriebs) die Kurbelwellenriemenscheibe 9 angetrieben und der Riemen 2 dreht zum Beispiel im Uhrzeigersinn. Dadurch wird ein Abschnitt des Riemens, der mit der ersten Spannrolle 5 in Kontakt steht, zu der durchhängenden Seite des Riemens, während ein Abschnitt des Riemens, der mit der zweiten Spannrolle 3 in Kontakt steht, zu der gespannten Seite des Riemens wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Antriebskraft der Drehfeder 15 der automatischen Spannvorrichtung 1 hauptsächlich mittels der zweiten Spannrolle 3 an der gespannten Seite des Riemens angelegt. An der durchhängenden Seite des Riemens ist dagegen die Antriebskraft der Drehfeder 15, die an dem Riemen 2 angelegt wird, verglichen mit der an der gespannten Seite des Riemens klein.
Wenn ferner der Generator/Anlassermotor startet und angetrieben wird, wird die Generator/Anlasser-Riemenscheibe 7 angetrieben und der Riemen 2 dreht im Uhrzeigersinn. In diesem Fall wird der Abschnitt des Riemens 2, der mit der ersten Spannrolle 5 in Kontakt steht, die gespannte Seite des Riemens, und der Abschnitt, der mit der zweiten Spannrolle 3 in Kontakt steht, wird zu der durchhängenden Seite des Riemens. Zu diesem Zeitpunkt wird die Antriebskraft der Drehfeder 15 der automatischen Spannvorrichtung 1 hauptsächlich mittels der ersten Spannrolle 5 an der gespannten Seite des Riemens angelegt.
Bei dem Riementransmissionssystem der vorliegenden Ausführungsform kann wie vorstehend beschrieben die Antriebskraft der Drehfeder 15, die in der automatischen Spannvorrichtung 1 enthalten ist, gemäß dem Zustand eines Riementransmissionssystems ausgeglichen zwischen der gespannten Seite des Riemens und der durchhängenden Seite des Riemens verteilt werden. Verglichen mit bekannten Riementransmissionssystemen kann somit die Schwingung des Halters 11 weitgehend reduziert werden und Riemenschlupf kann effektiv verhindert werden.
Wenn ferner bei dem Riementransmissionssystem der vorliegenden Ausführungsform der Abschnitt des Riemens, der mit der ersten Spannrolle 5 in Kontakt steht, die durchhängende Seite des Riemens ist und der Abschnitt des Riemens, der mit der zweiten Spannrolle 3 in Kontakt steht, die gespannte Seite des Riemens ist, nimmt die Antriebskraft der Drehfeder 15 der automatischen Spannvorrichtung 1, die mittels der zweiten Spannrolle 3 an der gespannten Seite des Riemens angelegt wird, zu, während die Antriebskraft der Drehfeder 15 der automatischen Spannvorrichtung 1, die mittels der ersten Spannrolle 5 an der durchhängenden Seite des Riemens angelegt wird, abnimmt.
Wenn der Abschnitt des Riemens, der mit der ersten Spannrolle 5 in Kontakt steht, die gespannte Seite des Riemens ist und der Abschnitt des Riemens, der mit der zweiten Spannrolle 3 in Kontakt steht, die durchhängende Seite des Riemens ist, nimmt die Antriebskraft der Drehfeder 15 der automatischen Spannvorrichtung 1, die mittels der ersten Spannrolle 5 an der gespannten Seite des Riemens angelegt wird, zu, während die Antriebskraft der Drehfeder 15 der automatischen Spannvorrichtung 1, die mittels der zweiten Spannrolle 3 an der durchhängenden Seite des Riemens angelegt wird, abnimmt.
Das Riementransmissionssystem, bei dem eine Antriebsriemenscheibe und eine Abtriebsriemenscheibe auswechselbar ausgelegt sind, kann somit den Anteil der Antriebskraft, der von der Drehfeder 15 der automatischen Spannvorrichtung 1 erzeugt und an der gespannten Seite des Riemens und an der durchhängenden Seite des Riemens angelegt wird, ändern. Somit kann das Riementransmissionssystem die Spannung des Riemens 2 anpassen. Damit kann die Schwingung des Halters 11 weitgehend reduziert werden.
Bei dem Riementransmissionssystem der vorliegenden Ausführungsform kann daher nicht nur anomales Geräusch, das zusammen mit Riemenschlupf auftritt, reduziert werden, sondern auch die Haltbarkeit der automatischen Spannvorrichtung 1 verbessert werden. Der Schwingungsbereich des Halters 11 kann zudem reduziert werden, weshalb das Montieren dieser automatischen Spannvorrichtung an zum Beispiel einer Autokarosserie verglichen mit bekannten automatischen Spannvorrichtungen vereinfacht ist.
Die automatische Spannvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform kann durch Kombinieren von herkömmlicherweise bekannten Elementen hergestellt werden. Zudem ist es nicht nötig, die Konstruktion des Riemens 2, der Generator/Anlasser-Riemenscheibe 7, der Kurbelwellenriemenscheibe 9 oder eines anderen Elements zu ändern. Folglich kann das Riementransmissionssystem der vorliegenden Ausführungsform kostengünstig eingebaut werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die automatische Spannvorrichtung 1 mit einem Element versehen ist, um der Spannvorrichtung eine Dämpfungseigenschaft in einer Richtung zu verleihen. Eine Dämpfungsleistung kann aus Reibung eines Gleitelements und des Halters 11 oder des festen Elements 13 erhalten werden. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist jedoch zum Beispiel ein Gleitelement 24 bestehend aus zum Beispiel Harz, das in einem Teil des Halters 11 gleitet, an einer Innenseite und einer Unterseite der Drehfeder 15 vorgesehen.
Wenn die Spannung des Riemens 2, der mit der ersten Spannrolle 5 und der zweiten Spannrolle 3 in Kontakt steht, abnimmt, lässt ein Torsionsmoment in einer Richtung, in welcher der Durchmesser der Drehfeder 15 zunimmt, den Halter 11 in einer Richtung drehen, in der der Riemen 2 geschoben wird. Wenn dagegen die Spannung des Riemens 2 zunimmt, werden die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 von einer Gegenkraft des Riemens druckbeaufschlagt und der Halter 11 dreht in einer Richtung entgegen einer Schieberichtung des Riemens, und somit wird ein Zunehmen der Riemenspannung verhindert.
Ein Teil der Drehfeder 15 wird hierin durch eine Gegenkraft des Torsionsmoments der Drehfeder 15 ständig in einer Umfangsrichtung druckbeaufschlagt. Wenn ein Halter 11 in einer Pressrichtung des Riemens dreht, d.h. wenn der Durchmesser der Drehfeder 15 zunimmt, nimmt die Gegenkraft des Torsionsmoments entsprechend ab. Somit nimmt die Dämpfungsleistung ab. Folglich kommt es schnell zur Drehung des Halters 11. Wenn dagegen das Halter 11 in der Richtung entgegen der Pressrichtung des Riemens dreht, d.h. wenn der Durchmesser der Drehfeder 15 abnimmt, nimmt die Gegenkraft des Torsionsmoments entsprechend zu und somit wird die Dämpfungsleistung größer.
Durch Vorsehen eines Elements, das der automatischen Spannvorrichtung 1 eine Dämpfungseigenschaft in einer Richtung verleiht, kann dabei die Schwingung des Halters 11 verringert werden. Dank dieser Konfiguration kann ferner die an dem Riemen 2 angelegte dynamische Spannung erhöht werden.
Zu beachten ist, dass, wenn die gespannte Seite und die durchhängende Seite der Generator/Anlasser-Riemenscheibe 7 jeweils mit einer automatischen Spannvorrichtung versehen werden, die nur eine Spannrolle umfasst, ein Raum, in dem die automatische Spannvorrichtung eingebaut wird, beschränkt wird, was ein Grund dafür ist, warum die Anordnung streng beschränkt ist. Bei der automatischen Spannvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform dagegen ist ein Halter 11 mit der ersten Spannrolle 5 und der zweiten Spannrolle 3 versehen, weshalb die automatische Spannvorrichtung 1 weitgehend flexibel ausgelegt werden kann.
- Optimierung des T/S-Verhältnisses -
6 erläutert verschiedene Arten einer wirkenden Kraft bei Nutzen einer herkömmlichen automatischen Spannvorrichtung in einem Riementransmissionssystem. 7A und 7B erläutern jeweils verschiedene Arten einer Kraft, die während eines statischen Zustands und eines Betriebszustands bei Nutzen einer automatischen Spannvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem Riementransmissionssystem wirken.
Die automatische Spannvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist mit den zwei Spannrollen 3 und 5 versehen. Ein Drehmomentverteilungsverhältnis eines Halterabschnitts, der mit der ersten Spannrolle 5 in Kontakt steht (in dem in 1 gezeigten Beispiel ein Abschnitt des Halters 11, der sich von dem Drehpunkt 10 zur Mitte der zweiten Spannrolle 3 erstreckt), und eines Halterabschnitts, der mit der zweiten Spannrolle 3 in Kontakt steht (in dem in 1 gezeigten Beispiel ein Abschnitt des Halters 11, der sich von dem Drehpunkt 10 zur Mitte der zweiten Spannrolle 3 erstreckt), d.h. ein T/S-Verhältnis, kann daher geeignet modifiziert werden. Durch Modifizieren des T/S-Verhältnisses kann eine Spannungsreaktion bezüglich des Drehmoments geändert werden und die in dem Drehmoment-Trumspannungs-Graphen (8, die später beschrieben wird) gezeigte Beziehung kann geändert werden.
Wie vorstehend erläutert legen in dem Riementransmissionssystem der vorliegenden Ausführungsform die zwei Spannrollen 3 und 5, die für eine automatische Spannvorrichtung 1 vorgesehen sind, Spannung an der gespannten Seite und an der durchhängenden Seite des Riemens 2 an, während eine Kraft von dem Riemen 2 die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 in der gleichen Richtung drehen lässt. Wenn die erste Spannrolle 5 in einer Richtung dreht, die den Riemen spannt, dreht zudem auch die zweite Spannrolle 3 in einer Richtung, die den Riemen 2 spannt. Dank dieser Konfiguration kann die Konstruktion der automatischen Spannvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform wie nachstehend erläutert mühelos optimiert werden. Während an dem Riemen angelegte übermäßige Spannung reduziert wird, kann eine an einer Achse einer Antriebsriemenscheibe oder einer Abtriebsriemenscheibe, die an der automatischen Spannvorrichtung 1 montiert sind, wirkende Kraft weitgehend reduziert werden.
Wenn wie in 6 gezeigt eine herkömmliche automatische Spannvorrichtung 101, die mit nur einer Spannrolle 26 versehen ist, zwischen zwei Riemenscheiben 30 und 50 eingebaut ist, können die folgenden Gleichungen formuliert werden. $Nabenlast P = 2 \times Tb \times sin (θ /2)$
$Moment Halterl \ddot{a} nge m = L \times sin (α)$
$Tr = P \times m = 2 \times Tb \times L \times sin (θ /2) \times sin (α)$
Bei den vorstehenden Gleichungen ist L eine Halterlänge (mm) von einem Halterschwingungsmittelpunkt 100 zu einer Mittenposition der Spannrolle 26, und Tb ist eine Spannung (N) des Riemens 2 (i) zwischen der Spannrolle 26 und der Riemenscheibe 30 und (ii) zwischen der Riemenscheibe 50 und der Spannrolle 26. Ferner ist θ ein Umschlingungswinkel des Riemens 2 an der Spannrolle 26, und α ist ein Winkel, der durch eine Eingangslinie von dem Riemen 2 zu der Spannrolle 26 und dem Halterschwingungsmittelpunkt 100 und eine Linie, die den Halterschwingungsmittelpunkt 100 und die Mitte der Spannrolle 26 verbindet, definiert ist. Tr ist ein Drehmoment, das an dem Halterschwingungsmittelpunkt 100 erzeugt wird.
Wenn dagegen, wie in 7A gezeigt, die erste Spannrolle 5 der automatischen Spannvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform zwischen der Riemenscheibe 50 und der Riemenscheibe 20 eingebaut ist und die zweite Spannrolle 3 zwischen der Riemenscheibe 50 und der Riemenscheibe 30 eingebaut ist, wird ein an dem Schwingungsmittelpunkt des Halters 11 während eines statischen Zustands des Riementransmissionssystems erzeugtes Drehmoment Tr durch die nachstehend aufgeführte Gleichung (1) beschrieben. $Tr = 2 \times Tb \times [L_{1} \times sin (θ_{1} /2) \times sin (α_{1}) + L_{2} \times sin (θ_{2} /2) \times sin (α_{2})]$
Wenn ferner wie in 7B gezeigt ein Riementransmissionssystem mit der eingebauten automatischen Spannvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform arbeiten gelassen wird, wird bei Drehen des Riemens 2 im Uhrzeigersinn ein Moment im Uhrzeigersinn (gegenläufiges Moment) Tr_A an der Riemenscheibe 50 erzeugt, wenn diese Riemenscheibe 50 als Antriebsriemenscheibe dient. Ferner wird ein Moment gegen den Uhrzeigersinn (normales Moment) Tr_G erzeugt, wenn die Riemenscheibe 50 als Abtriebsriemenscheibe dient. Wenn die Riemenscheibe 50 die Generator/Anlasser-Riemenscheibe 7 ist, dann ist Tr_A > Tr_G. Denn bei einem allgemeinen Generator/Anlasser-System eines Verbrennungsmotors wird das höchste Drehmoment an der Generator/Anlasser-Riemenscheibe 7 bei Starten eines Anlassers erzeugt.
Wenn zu diesem Zeitpunkt Tr_A ein Maximalwert ist, werden ein Wert Tb_1A (erforderliche Spannung) einer Riemenspannung Tb₁ zwischen der Riemenscheibe 50 und der zweiten Spannrolle 3 und ein Wert Tb_2A einer Riemenspannung Tb₂ zwischen der Riemenscheibe 50 und der ersten Spannrolle 5 berechnet. Wenn ferner Tr_G ein Maximalwert ist, werden ein Wert Tb_1G der Riemenspannung Tb₁ zwischen der Riemenscheibe 50 und der zweiten Spannrolle 3 und ein Wert Tb_2G (erforderliche Spannung) der Riemenspannung Tb₂ zwischen der Riemenscheibe 50 und der ersten Spannrolle 5 berechnet. Dabei sind Tr_A und Tr_G Werte, die beim praktischen Auslegen einer Anordnung erforderlich sind.
Beim Berechnen der erforderlichen Spannung für jeden Fall kann die Eulersche Formel Tt / Ts ≦ µ’_eθ verwendet werden. Dabei ist Tt eine Spannung der gespannten Seite des Riemens 2, Ts ist eine Spannung der durchhängenden Seite des Riemens 2, µ' ist ein scheinbarer Reibungskoeffizient zwischen dem Riemen 2 und der Riemenscheibe 50, und θ ist ein Riemenumschlingungswinkel an der Riemenscheibe 50.
Im Einzelnen wird die Spannung der durchhängenden Seite Ts mithilfe der Eulerschen Formel berechnet, und die Spannung der gespannten Seite Tt wird durch Addieren einer effektiven Spannung zu Ts berechnet. ${Tr}_{A} : {Tb}_{2A} {/Tb}_{1A} = e^{μ' θ}$
${Tb}_{2A} = {Tb}_{1A} + {Tr}_{A} /R$
R ist hier ein Radius der Riemenscheibe 50.
Die erforderliche Riemenspannung Tb_1A zwischen der Riemenscheibe 50 und der zweiten Spannrolle 3 wird durch Gleichung (4) ermittelt. ${Tb}_{1A} = {Tr}_{A} /R (e^{μ' θ} - 1)$
${Tr}_{G} : {Tb}_{1 G} {/Tb}_{2G} = e^{μ' θ}$
${Tb}_{1G} = {Tb}_{2G} + {Tr}_{G} /R$
Die erforderliche Riemenspannung Tb_2G zwischen der Riemenscheibe 50 und der ersten Spannrolle 5 wird durch Gleichung (7) ermittelt.
Zu beachten ist, dass ggf. eine dynamische Analyse vorgenommen werden kann, um einen Bereich zu ermitteln, in dem kein Schlupf des Riemens 2 auftritt.
Als Nächstes wird wie in Tabelle 1 gezeigt ein Verhältnis eines absoluten Werts von Tb_1A - Tb_1G (= ΔTb₁) und eines absoluten Werts von Tb_2A - Tb_2G (=ΔTb₂), d.h. das T/S-Verhältnis (= ΔTb₂/ΔTb₁, in 8 einfach als „T/S“ bezeichnet), ermittelt. Unter Verwenden des vorstehenden Verfahrens kann der optimale Wert des T/S-Verhältnisses ermittelt werden. Dabei kann ein Wert, bei dem aus dem absoluten Wert von Tb_2A - Tb_2G und dem absoluten Wert von Tb_1A - Tb_1G der größere Wert der Zähler ist und der kleinere Wert der Nenner ist, als optimaler Wert des T/S-Verhältnisses definiert werden. [Tabelle 1]

Erforderliche Spannung TrA Erforderliche Spannung Tr_G ΔTb_X = |Tb_xA - Tb_xG| T/S-Verhältnis

Tb₁ Tb_1A Tb_1G ΔTb₁ ΔTb₂/ΔTb₁

Tb₂ Tb_2A Tb_2G ΔTb₂
Zu beachten ist, dass bei mehreren Antriebsriemenscheiben und Abtriebsriemenscheiben beim Berechnen der erforderlichen Spannung die erforderlichen Spannungen aller Riemenscheiben berechnet werden können und von diesen Werten die höchste Spannung als die erforderliche Spannung zum Ermitteln des T/S-Verhältnisses verwendet werden kann. Dadurch können ein Schlupf des Riemens 2 und anomales Geräusch wirksam an allen Riemenscheiben verhindert werden.
Zum Beispiel werden in den in 7A und 7B gezeigten Beispielen zunächst die Spannung Tt der gespannten Seite und die Spannung Ts der durchhängenden Seite des Riemens 2 bezüglich der Riemenscheibe 20 und 30 mithilfe der Eulerschen Formel in gleicher Weise wie bei der Riemenscheibe 50 ermittelt. Als Nächstens werden die Spannungen der durchhängenden Seite, wenn das normale Drehmoment und das gegenläufige Drehmoment, die an der Riemenscheibe 20 und 30 erzeugt werden, jeweils einen Maximalwert aufweisen, als erforderliche Spannungen berechnet.
Anschließend wird das geeignetste T/S-Verhältnis mithilfe der höchsten erforderlichen Spannungswerte aus den erforderlichen Spannungen, die für jede Riemenscheibe berechnet werden, für einen Fall, in dem das normale Drehmoment einen Maximalwert hat, bzw. für einen Fall, in dem das gegenläufige Drehmoment einen Maximalwert hat, berechnet.
Wenn Tr_A > Tr_G wird das vorstehend beschriebene T/S-Verhältnis durch die nachstehend angeführte Gleichung (8) ermittelt. $T/S - Verh \ddot{a} ltnis = {L_{1} \times sin (θ_{1} /2) \times sin (α_{1})} / {L_{2} \times sin (θ_{2} /2) \times sin (α_{2})}$
In Gleichung (8) ist L₁ eine Halterlänge (erste Halterlänge) von dem Drehpunkt 10 des Halters 11 zu einer Mittenposition der zweiten Spannrolle 3, θ₁ ist ein Riemenumschlingungswinkel an der zweiten Spannrolle 3 und α₁ ist ein Nabenlastwinkel an der zweiten Spannrolle 3. Ferner ist L₂ eine Halterlänge (zweite Halterlänge) von dem Drehpunkt 10 des Halters 11 zur Mittenposition der ersten Spannrolle 5, θ₂ ist ein Riemenumschlingungswinkel an der ersten Spannrolle 5 und α₂ ist ein Nabenlastwinkel an der ersten Spannrolle 5.
Wie in Gleichung (8) gezeigt wird das T/S-Verhältnis durch die Variablen L₁, θ₁, α₁, L₂, θ₂ und α₂ ermittelt. Durch Auslegen eines die automatische Spannvorrichtung 1 umfassenden Riementransmissionssystems so, dass das T/S-Verhältnis nahe dem zuvor ermittelten optimalen Wert liegt, kann somit die an dem Riemen 2 angelegte übermäßige Spannung reduziert werden.
Der vorliegende Erfinder hat faktisch das optimale T/S-Verhältnis für ein Riementransmissionssystem, das einen zwischen der Riemenscheibe (der Abtriebsriemenscheibe) 50 und einer Antriebsriemenscheibe gewickelten Riemen aufweist, berechnet.
8 zeigt eine Beziehung einer Riemenspannung (Trumspannung) nahe einer Riemenrippe und einem Drehmoment, das an der Riemenscheibe 50 in dem Riementransmissionssystem der in Tabelle 2 und 11A und 11B gezeigten Anordnung erzeugt wird, welches später beschrieben wird, für einen Fall, in dem das T/S-Verhältnis optimiert ist, und für einen Fall, in dem das T/S-Verhältnis 1,00 beträgt. 9 zeigt die Beziehung des Summenwerts der Spannung an der gespannten Seite und der Spannung an der durchhängenden Seite des Riemens nahe der Riemenrippe (d.h. die axiale Kraft des Generators und Anlassermotors) an der Riemenscheibe 50 und des an der Riemenscheibe 50 erzeugten Drehmoments. Ferner zeigt Tabelle 2 die Anordnung des Riementransmissionssystems und die Rechenergebnisse der erforderlichen Spannung und des T/S-Verhältnisses. In 8 und 9 sind theoretische Werte (optimale Werte), die unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen berechnet werden, gezeigt.

Zudem zeigt 10A Simulationsergebnisse der Beziehung der Riemenspannung Tb1 zwischen der Riemenscheibe 50 und der zweiten Spannrolle 3 und der Riemenspannung Tb2 zwischen der Riemenscheibe 50 und der ersten Spannrolle 5 und des an der Riemenscheibe 50 erzeugten Drehmoments für einen Fall, in dem das T/S-Verhältnis 1,00 beträgt, bzw. für einen Fall, in dem das T/S-Verhältnis 3,27 beträgt. 10B zeigt die Beziehung des Summenwerts der Spannung der gespannten Seite und der Spannung der durchhängenden Seite des Riemens an der Riemenscheibe 50 und des an der Riemenscheibe 50 erzeugten Drehmoments. 8 und 9 sowie 10A und 10B haben unterschiedliche Einheiten bezüglich ihrer Längsachsen, zeigen jedoch die gleichen Simulationsergebnisse. [Tabelle 2]

Anordnung					Erforderliche Spannung N				ΔTbx = \| TbxA - TbxG \|		T/S-Verhältnis
Anzahl der Riemenrippen	Riemenscheibendurchmesser	Umschlingungswinkel	Tr_A	Tr_G	Tr_A = 28 Nm		Tr_G = 11 Nm		ΔTbx = \| TbxA - TbxG \|		T/S-Verhältnis
Anzahl der Riemenrippen	D	θ	Tr_A	Tr_G	Tb_1A	Tb_2A	Tb_1G	Tb₂ G	ΔTb₁	ΔTb₂
5	60 mm	180 Grad	28 Nm	11 Nm	102,8	1036,1	407,0	40,4	304,2	995,7	3,27

Wie in Tabelle 2 gezeigt betrug in diesem Experiment die Anzahl an Riemenrippen (d.h. Riemenbreite) 5 (= 17,8 mm), die Riemenscheibe 50 hatte einen Durchmesser von 60 mm und der Riemenumschlingungswinkel an der Riemenscheibe 50 betrug 180 Grad. Nach Festlegen des Maximalwerts eines Antriebsdrehmoments Tr_A bei 28 Nm und des Maximalwerts eines Abtriebsdrehmoments Tr_G bei 11 Nm erreichte, wenn Tr_A 28 Nm betrug, die erforderliche Spannung Tb_1A des Riemens 2 zwischen der Riemenscheibe 50 und der zweiten Spannrolle 3 102,8 Nm und die erforderliche Spannung Tb_2A des Riemens 2 zwischen der Riemenscheibe 50 und der ersten Spannrolle 5 erreichte 1036,1 Nm.
Bei Tr_G 11 Nm erreichte ferner die erforderliche Spannung Tb_2G des Riemens 2 zwischen der Riemenscheibe 50 und der ersten Spannrolle 5 40,4 Nm und die erforderliche Spannung Tb_1G des Riemens 2 zwischen der Riemenscheibe 50 und der zweiten Spannrolle 3 erreichte 407,0 Nm.
Wie in Tabelle 2 gezeigt erreichte dadurch ΔTb₁ 304,2 Nm, ΔTb₂ erreichte 995,7 Nm, und ein geeignetes T/S-Verhältnis wurde als 3,27 berechnet.
8 und 10a verdeutlichen, dass trotz eines linearen Steigens der Spannung Tb₁ des Riemens 2 zwischen der Riemenscheibe 50 und der zweiten Spannrolle 3 bei Abnahme von Tr_A und Zunahme von Tr_G verglichen mit einem Fall, in dem der T/S-Wert zum Beispiel 1,00 beträgt, die Spannung Tb₁ durch Optimieren des T/S-Werts weitgehend in einem erforderlichen Bereich reduziert werden kann. Ferner wird deutlich, dass trotz eines linearen Abnehmens der Spannung Tb₂ des Riemens 2 zwischen der Riemenscheibe 50 und der ersten Spannrolle 5 bei Abnahme von Tr_A und Zunahme von Tr_G verglichen mit einem Fall, in dem der T/S-Wert zum Beispiel 1,00 beträgt, die Spannung Tb₂ durch Optimieren des T/S-Werts weitgehend in einem erforderlichen Bereich reduziert werden kann.
9 und 10B verdeutlichen ferner, dass, wenn das T/S-Verhältnis auf 1,00 eingestellt ist, eine an der Achse der Riemenscheibe 50 wirkende Kraft (eine Summe von Tb₁ und Tb₂) konstant ist. Wenn aber das T/S-Verhältnis optimiert ist, wird Tr_A kleiner, und während Tr_G größer wird, nimmt die an der Achse der Riemenscheibe 50 wirkende Kraft ab.
Durch Festlegen des T/S-Verhältnisses bei einem Wert, der zumindest größer als 1,00 ist, und vorteilhafter auf einen Wert nahe dem optimalen Wert kann demgemäß die Spannung des Riemens auf einen notwendigen und ausreichenden Bereich reduziert werden, wodurch die Lebensdauer des Riemens verlängert werden kann. Durch Reduzieren der an einer Achse einer Riemenscheibe wirkenden Kraft kann ferner auch die Lebensdauer der Riemenscheibe verlängert werden.
11A und 11B zeigen ein Anordnungsbeispiel eines Riementransmissionsystems, welches die automatische Spannvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst, bei der das T/S-Verhältnis auf 1,00 eingestellt ist und bei der das T/S-Verhältnis auf 3,27 eingestellt ist. Das in 11A und 11B gezeigte Riementransmissionssystem weist den zwischen der Riemenscheibe (Abtriebsriemenscheibe) 50 und einer Antriebsriemenscheibe 52 gewickelten Riemen 2 auf und ist mit der automatischen Spannvorrichtung 1 versehen.
Die in 11A gezeigte automatische Spannvorrichtung und die in 11B gezeigte automatische Spannvorrichtung weisen an der ersten Spannrolle 5 und der zweiten Spannrolle 3 einen unterschiedlichen Riemenumschlingungswinkel, einen unterschiedlichen Nabenlastwinkel und eine unterschiedliche Halterlänge auf.
Wie in 10A gezeigt wurde bestätigt, dass durch Einstellen des T/S-Verhältnisses bei einem optimierten Wert von 3,27, der durch die vorstehende Berechnung ermittelt wurde, unter der Bedingung, dass an dem Riemenscheibe 50 kein Drehmoment erzeugt wurde, verglichen mit dem Fall, bei dem das T/S-Verhältnis 1,00 betrug, eine Spannungsreduktionswirkung 55 von in etwa 248 (N) erhalten wurde. Ebenfalls wurde bestätigt, dass verglichen mit dem Fall, bei dem das T/S-Verhältnis 1,00 betrug, bei Erzeugen eines Abtriebdrehmoments Tr_G von 11 (N) an der Riemenscheibe 50 eine Spannungsreduktionswirkung 53 von etwa 346 (N) zwischen der Riemenscheibe 50 und der zweiten Spannrolle 3 erhalten wurde. Ferner wurde bestätigt, dass durch Einstellen des T/S-Verhältnisses auf 3,27 in dem Fall, da das Antriebsdrehmoment Tr_A bei einem Maximalwert lag, ebenso wie in dem Fall, da das Abtriebsdrehmoment Tr_G bei einem Maximalwert lag, die Spannung des Riemens 2 innerhalb eines Bereichs, in dem nicht in eine Schlupfregion 57 vorgedrungen wurde, nahe einer niedrigsten erforderlichen Spannung 51 bleiben konnte.
Zu beachten ist, dass es bei Auslegen des Riementransmissionssystems der vorliegenden Ausführungsform vorteilhaft ist, das T/S-Verhältnis weitestgehend zu optimieren. Wenn jedoch das T/S-Verhältnis aufgrund von zum Beispiel anordnungsbedingten Gründen nicht optimiert werden kann, ist es vorteilhaft, wenn bei Erzeugen eines maximalen Drehmoments bei der erste Spannrolle 5 und der zweiten Spannrolle 3 das Drehmoment der Spannrolle, die sich an der durchhängenden Seite befindet, höher eingestellt wird als das Drehmoment der Spannrolle, die sich an der gespannten Seite befindet. Dies kann eine an dem Riemen angelegte übermäßige Spannung reduzieren.
Durch zumindest Einstellen des T/S-Verhältnisses auf einen Wert von über 1 wird eine an dem Riemen angelegte übermäßige Spannung reduziert und es wird möglich, eine auf eine Riemenscheibe wirkende axiale Beanspruchung zu reduzieren. Durch Einstellen des T/S-Verhältnisses auf einen Wert von über 1 und des Verhältnisses des T/S-Verhältnisses und des optimalen Werts des T/S-Verhältnisses (= (T/S-Verhältnis) / (optimierter Wert des T/S-Verhältnisses)) auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs können ferner Riemenschlupf und andere Probleme effektiv reduziert werden.
12 zeigt die Beziehung des Verhältnisses des T/S-Verhältnisses und des optimalen Werts des T/S-Verhältnisses in einem Riementransmissionssystem und der erforderlichen Spannung und der maximalen Spannung des Riemens. Die gleiche Figur zeigt die Ergebnisse bei Ändern des T/S-Verhältnisses gemäß den gleichen Bedingungen wie in 10A und 10B.
Die in 12 gezeigten Ergebnisse verdeutlichen, dass es vorteilhaft wäre, (T/S-Verhältnis) / (optimierter Wert des T/S-Verhältnisses) auf einen Wert in dem Bereich von 0,3 bis 2,7 einzustellen.
Wenn der Wert von (T/S-Verhältnis) / (optimierter Wert des T/S-Verhältnisses) unter 0,3 fällt, verdoppelt sich die erforderliche Spannung bezüglich des optimalen Werts des T/S-Verhältnisses oder wird noch höher und die Spannungsabnahmewirkung nimmt abrupt ab. Nach dem Berechnen des optimalen Werts des T/S-Verhältnisses mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es daher vorteilhaft, das Riementransmissionssystem so auszulegen, dass der Wert von (T/S-Verhältnis) / (optimierter Wert des T/S-Verhältnisses) 0,3 oder höher ist.
Herkömmlicherweise beträgt die Anzahl der Rippen des Riemens 2, der in einem Riementransmissionssystem verwendet wird, 5 oder 6. Wenn aber der Wert von (T/S-Verhältnis) / (optimierter Wert des T/S-Verhältnisses) 2,7 übersteigt, nimmt die Spannung der gespannten Seite des Riemens 2 zu und die Anzahl der Rippen des Riemens 2 muss vergrößert werden. Daher ist es vorteilhaft, den Wert von (T/S-Verhältnis) / (optimierter Wert des T/S-Verhältnisses) auf 2,7 oder niedriger einzustellen.
Zu beachten ist, dass bei dem vorstehend beschriebenen Riementransmissionsystem der vorliegenden Ausführungsform im Rahmen eines Betriebsprozesses während einer Startzeit eines Anlassermotors die strengsten Bedingungen herrschen. Folglich ist es vorteilhaft, wenn die Anordnung des Riementransmissionssystems die Bedingungen der Startzeit des Anlassermotors erfüllt.
In einem anfänglichen Zustand ist es zum Beispiel vorteilhaft, wenn ein an der zweiten Spannrolle 3 angelegtes Drehmoment höher als ein an der ersten Spannrolle 5 angelegtes Drehmoment ist. Zum Optimieren des T/S-Verhältnisses wäre es ferner auch vorteilhaft, eine Riemenscheibe näher am Drehpunkt 10 des Halters 11 an der ersten Spannrolle 5 anzuordnen und eine Riemenscheibe fern des Drehpunkts 10 des Halters 11 als zweite Spannrolle 3 anzuordnen.
Der Umschlingungswinkel des Riemens 2 an der zweiten Spannrolle 3 kann größer als der Umschlingungswinkel des Riemens 2 an der ersten Spannrolle 5 sein. Wenn ein Winkel, der durch eine Eingangslinie von dem Riemen 2 zu der Spannrolle und eine Linie, die den Drehpunkt 10 des Halters 11 und die Mitte der Spannrolle verbindet, definiert ist, als Nabenlastwinkel (kurz HLA, vom engl. Hub Load Angle, d.h. der vorstehend beschriebene Nabenlastwinkel α) bezeichnet wird, kann der HLA an der ersten Spannrolle 5 mehr von einem 90-Grad-Winkel als der HLA an der zweiten Spannrolle 3 abweichen.
Bei dem Riementransmissionssystem der vorliegenden Ausführungsform kann ferner sowohl in dem Fall, da die Generator/Anlasser-Riemenscheibe 7 eine Antriebsriemenscheibe ist und die Kurbelwellenriemenscheibe 9 eine Abtriebsriemenscheibe ist, als auch in dem Fall, da die Generator/Anlasser-Riemenscheibe 7 eine Abtriebsriemenscheibe ist und die Kurbelwellenriemenscheibe 9 eine Antriebsriemenscheibe ist, das T/S-Verhältnis so eingestellt werden, dass die Schwingung des Halters 11 reduziert ist. Verglichen mit einem Riementransmissionsystem zum Beispiel der genannten Schriften 2 und 3 kann daher bei dem Riementransmissionssystem der vorliegenden Ausführungsform die Schwingung des Halters 11 reduziert und die Haltbarkeit verbessert werden.
In dem in 1 gezeigten Beispiel ist eine Innenfläche des Riemens 2 um die erste Spannrolle 5 gewickelt, und eine Außenfläche des Riemens 2 ist um die zweite Spannrolle 3 gewickelt. Der Riemen ist aber nicht auf diese Art des Wickelns beschränkt. Durch geeignetes Hinzufügen einer Spannriemenscheibe kann zum Beispiel die gleiche Fläche des Riemens um die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 gewickelt werden.
Bei dem Riementransmissionssystem der vorliegenden Ausführungsform folgt auch eine Drehrichtung 18 des Riemens 2 dem Uhrzeigersinn. Sie kann aber auch entgegen dem Uhrzeigersinn sein. Weiterhin kann die automatische Spannvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform auch in einem Riementransmissionssystem eingesetzt werden, in dem die Drehrichtung 18 des Riemens 2 zwischen einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung änderbar ist. Nachstehend werden Varianten des Riementransmissionssystems der vorliegenden Ausführungsform zusammengefasst.
- Varianten des Riementransmissionssystems -
13A-C und 14A-C zeigen Varianten eines Riementransmissionssystems, das die automatische Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung umfasst. In 13 und 14 ist die Mitte des rohrförmigen Abschnitts (Spindel) 16 des festen Elements 13 auf den Drehpunkt 10 des Halters ausgerichtet. In dem hier gezeigten Beispiel dreht der Riemen 2 im Uhrzeigersinn, wenn der Motor startet und angetrieben wird.
Wie in 13A-C und 14B und 14C gezeigt können der Umschlingungswinkel des Riemens 2 an der ersten Spannrolle 5 oder der zweiten Spannrolle 3 und die Anordnung einer Riemenscheibe anders als bei dem Beispiel von 1 konfiguriert sein. Wie in 14A gezeigt kann ferner eine andere Riemenscheibe hinzugefügt werden, etwa eine Spannriemenscheibe 21, die für ein Riementransmissionssystem geeignet ist.
15A, 15B und 16A zeigen andere Varianten des Riementransmissionssystems mit der automatischen Spannvorrichtung der vorliegenden Offenbarung. 15C, 16B, 17A und 17B zeigen beispielhafte Varianten, wie sie dem Stand der Technik entsprechen oder vom Stand der Technik nahegelegt sind.
Eine in 15A und 15C gezeigte automatische Spannvorrichtung 31 ist statt der Drehfeder 15 mit einer Druckfeder 23 versehen, wobei die Druckfeder 23 ein festes Ende und ein mit dem Halter 11 verbundenes anderes Ende aufweist. Eine in 15B gezeigte automatische Spannvorrichtung 31 ist mit einer Zugfeder 25 versehen, die ein festes Ende und ein mit dem Halter 11 verbundenes anderes Ende aufweist. Bei diesen automatischen Spannvorrichtungen 31 legen die Druckfeder 23 und die Zugfeder 25 an dem Halter 11 eine Antriebskraft an, wenn von dem Riemen 2 eine Kraft auf den Halter 11 wirkt. Bei diesen Riementransmissionssystemen kann auch die Drehrichtung 18 des Riemens 2 wie in 15A-C im Uhrzeigersinn sein, kann aber genauso gut zu einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung umschaltbar sein. Ein Riementransmissionssystem, bei dem die Drehrichtung des Riemens 2 umschaltbar ist, wird zum Beispiel vorteilhafterweise bei einem Plattenverdichter genutzt.
Wie in 15C gezeigt können ferner die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 beide in Kontakt mit einer Außenfläche des Riemens stehen.
Es kann ebenfalls eine Konfiguration wie bei einer in 16A gezeigten automatischen Spannvorrichtung 41 genutzt werden, bei der in einer hydraulischen Spannvorrichtung mit einem hydraulischen Dämpfer 27 statt der in 15A gezeigten Druckfeder 23 die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 für den Halter 11 vorgesehen sind. Der hydraulische Dämpfer 27 legt an dem Halter 11 gemäß der Schwingung des Halters 11 eine geeignete Gegenkraft an. Der hydraulische Dämpfer 27 kann eine stärkere Kraft als eine Feder anlegen, weshalb eine hydraulische Spannvorrichtung vorteilhafterweise bei Anwendungen mit einer vergleichsweise hohen Riemenspannung genutzt werden kann.
Wie in 16B gezeigt können bei der in 1 gezeigten automatischen Spannvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 an gegenüberliegenden Seiten des Drehpunkts 10 des Halters 11 angeordnet werden und den Drehpunkt 10 dazwischen aufweisen. Bei dieser automatischen Spannvorrichtung 1 stehen die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 beide in Kontakt mit einer Außenfläche des Riemens 2.
Selbst wenn die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 wie in 17B gezeigt ferner beide in Kontakt mit einer Innenfläche des Riemens 2 stehen, können sie immer noch eine erforderliche Spannung an dem Riemen 2 anlegen.
Wie in 17B gezeigt können zudem bei der automatischen Spannvorrichtung 31, die eine Druckfeder 23 verwendet, die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 beide mit der Innenfläche des Riemens 2 in Kontakt stehen.
Zu beachten ist, dass bei jeder der vorstehend beschriebenen Varianten die erste Spannrolle 5 und die zweite Spannrolle 3 in der gleichen Richtung drehen. Wenn die erste Spannrolle 5 in einer Richtung dreht, die den Riemen 2 spannt, ist die zweite Spannrolle 3 ausgelegt, ebenfalls in einer Richtung, die den Riemen 2 spannt, zu drehen.
Vorstehend wurde ein Beispiel eines Riementransmissionsystems erläutert. Es können aber an Form, Konfiguration, Anordnung, Komponenten, Größe etc. jedes Elements Änderungen und Abwandlungen in geeigneter Weise vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel muss das Riementransmissionsystem keinen Verbrennungsmotor und Generator/Anlassermotor aufweisen. Spannrollen, die jeweils zwischen zwei Antriebsriemenscheiben angeordnet sind, können von einem gemeinsamen Halter gelagert sein und können angetrieben durch Kraft von dem Riemen in der gleichen Richtung drehen.
Bei jeder der in 13-17 gezeigten Varianten des Riementransmissionssystems dreht ferner bei Drehen der ersten Spannrolle 5 in einer den Riemen 2 spannenden Richtung die zweite Spannrolle 3 ebenfalls in einer den Riemen 2 spannenden Richtung. Wenn dagegen die erste Spannrolle 5 in einer Richtung dreht, die den Riemen durchhängen lässt, dreht ferner auch die zweite Spannrolle 3 in einer Richtung, die den Riemen 2 durchhängen lässt.
Wie bei dem in 1 gezeigten Riementransmissionssystem kann daher auch bei diesen Varianten die Schwingung des Halters 11 sowohl in dem Fall, da die Kurbelwellenriemenscheibe 9 als Antriebsriemenscheibe dient, als auch in dem Fall, da die Generator/Starter-Riemenscheibe 7 als Antriebsriemenscheibe dient, reduziert werden. Bei den automatischen Spannvorrichtungen der genannten Schriften 2 und 3 dreht bei Drehen einer Spannrolle in einer den Riemen spannenenden Richtung die andere in einer den Riemen durchhängen lassenden Richtung. Bei der zum Beispiel in 16B gezeigten Variante des Riementransmissionssystems kann jedoch durch Nutzen der vorstehenden Anordnung die Schwingung des Halters verglichen mit der vorstehend erwähnten herkömmlichen automatischen Spannvorrichtung reduziert werden. Durch Nutzen einer Konstruktion, die das T/S-Verhältnis berücksichtigt, kann ferner eine eingestellte Spannung reduziert werden, Kraftstoffverbrauch kann verbessert werden und die Lebensdauer des Systems kann verlängert werden.
Zu beachten ist, dass bei den vorstehend beschriebenen Varianten des Riementransmissionssystems bei einer Drehrichtung 18 im Uhrzeigersinn wie in 13-17 eine an einem Riemen angelegte übermäßige Spannung und eine an einer Achse einer Riemenscheibe angelegte Kraft reduziert werden können und die Lebensdauer des Riemens und der Riemenscheibe verlängert werden können, indem das optimale T/S-Verhältnis mithilfe des gleichen Verfahrens wie bei dem Riementransmissionssystem der vorliegenden Ausführungsform ermittelt wird und indem eine automatische Spannvorrichtung mit einem T/S-Verhältnis, das größer als 1 und kleiner oder gleich dem optimalen Wert ist, konstruiert wird.
Bei den vorstehenden Varianten des Riementransmissionssystems wird aber in dem Fall, da die Drehrichtung 18 zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung umschaltbar ist, wenn das T/S-Verhältnis auf einen Wert von über 1 eingestellt ist, die Spannung hoch, wenn der Riemen in einer Rückwärtsrichtung dreht. Daher muss das T/S-Verhältnis nicht unbedingt größer als 1 sein.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die automatische Spannvorrichtung nach einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung kann zum Beispiel bei verschiedenen Arten von Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: automatische Spannvorrichtung
2: Riemen
3: zweite Spannrolle
5: erste Spannrolle
7: Generator/Anlasser-Riemenscheibe
9: Kurbelwellenriemenscheibe
10: Drehpunkt
11: Halter
12: Buchse
13: festes Element
15: Drehfeder
16: rohrförmiger Abschnitt
17: Achsenabschnitt
18: Drehrichtung
19: Verlängerungsabschnitt
20, 30, 50: Riemenscheibe
21: Spannriemenscheibe
23: Druckfeder
24: Gleitelement
25: Zugfeder
26: Spannrolle
27: hydraulischer Dämpfer
31: automatische Spannvorrichtung mit Zug- oder Druckfeder
41: automatische Spannvorrichtung mit hydraulischem Dämpfer
51: minimal erforderliche Spannung
52: Antriebsriemenscheibe
53, 55: Spannungsreduktionswirkung
57: Schlupfbereich
101: herkömmliche automatische Spannvorrichtung

Claims

Riementransmissionssystem, umfassend: eine erste Riemenscheibe, die eine erste Leistung überträgt; eine zweite Riemenscheibe, die eine zweite Leistung überträgt; einen Riemen (2), der als Endlosriemen ausgebildet und zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe gespannt ist; und eine automatische Spannvorrichtung (1, 31, 41) mit einer ersten Spannrolle (5), die an einem Abschnitt des Riemens (2), der sich zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe befindet, am Leertrum während eines normalen Betriebs Spannung anlegt, mit einer zweiten Spannrolle (3), die an einem Abschnitt des Riemens (2), der sich zwischen der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe befindet, am Lasttrum während eines normalen Betriebs Spannung anlegt, und mit einem Halter (11), der an einem festen Element (13) in einer axialen Drehrichtung des festen Elements (13) schwingbar vorgesehen ist, wobei die erste Spannrolle (5) und die zweite Spannrolle (3) beide an dem Halter (11) gelagert sind, Kraft von dem Riemen (2) die erste Spannrolle (5) und die zweite Spannrolle (3) in der gleichen Richtung drehen lässt und bei Drehen der ersten Spannrolle (5) in einer den Riemen (2) spannenden Richtung die zweite Spannrolle (3) ebenfalls in der den Riemen (2) spannenden Richtung dreht, dadurch gekennzeichnet, dass ein T/S-Verhältnis, ermittelt durch die Gleichung ${L_{1} \times sin (θ_{1} /2) \times sin (α_{1})} / {L_{2} \times sin (θ_{2} /2) \times sin (α_{2})},$
größer als 1 ist, wobei eine erste Halterlänge von einem Drehpunkt (10) des Halters (11) zu einer Mitte der zweiten Spannrolle (3) L₁ beträgt, ein Riemenumschlingungswinkel an der zweiten Spannrolle (3) θ₁ beträgt und ein Nabenlastwinkel an der zweiten Spannrolle (3) α₁ beträgt und wobei eine zweite Halterlänge von einem Drehpunkt (10) des Halters (11) zu einer Mitte der ersten Spannrolle (5) L₂ beträgt, ein Riemenumschlingungswinkel an der ersten Spannrolle (5) θ₂ beträgt und ein Nabenlastwinkel an der ersten Spannrolle (5) α₂ beträgt.
Riementransmissionsystem nach Anspruch 1, wobei eine mittels der ersten Spannrolle (5) und der zweiten Spannrolle (3) an dem Riemen (2) Spannung anlegende Feder (15, 23, 25) mit einem Ende mit dem Halter (11) und mit dem anderen Ende mit dem festen Element (13) verbunden ist.
Riementransmissionsystem nach Anspruch 2, wobei die Feder (15, 23, 25) eine Drehfeder (15) ist, die den Halter (11) in einer Schwingungsrichtung des Halters (11) antreibt.
Riementransmissionsystem nach Anspruch 2, wobei die Feder (15, 23, 25) eine Druckfeder (23) oder eine Zugfeder (25) ist.
Riementransmissionssystem nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die erste Spannrolle (5) mit einer Außenfläche oder einer Innenfläche des Riemens (2) in Kontakt steht und die zweite Spannrolle (3) und die erste Spannrolle (5) mit der gleichen von Außenfläche oder Innenfläche des Riemens (2) in Kontakt stehen.
Riementransmissionssystem nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die erste Riemenscheibe eine Kurbelwellenriemenscheibe (9) ist, die an einem Verbrennungsmotor erzeugte Leistung überträgt, und die zweite Riemenscheibe eine Generator/Anlasser-Riemenscheibe (7) ist, die an einem Generator/Anlassermotor erzeugte Leistung überträgt.
Riementransmissionsystem nach Anspruch 6, wobei in einem anfänglichen Zustand ein an der zweiten Spannrolle (3) angelegtes Drehmoment höher als ein an der ersten Spannrolle (5) angelegtes Drehmoment ist.
Riementransmissionssystem nach einem der Ansprüche 1-7, wobei eine Drehrichtung des Riemens (2) zwischen einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung änderbar ist.