DE19849886A1 - Riementrieb, insbesondere bei Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Fahrzeugs - Google Patents
Riementrieb, insbesondere bei Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Nebenaggregaten eines FahrzeugsInfo
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Abstract
Der erfindungsgemäße Riementrieb weist in üblicher Weise mindestens zwei Riemenscheiben (10, 11) auf, wobei jedoch sowohl am sogenannten Leertrum wie auch am Lasttrum, d. h. also an beiden gegenüberliegenden Riemenseiten, jeweils eine Spannrolle (16, 17) unter Federkraft anliegt. Dabei ist es beispielsweise möglich, in beide Richtungen Drehmomente zu übertragen und so den Generator einer Brennkraftmaschine auch als Starter zu verwenden.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Riementrieb, insbesondere
für Nebenaggregate eines Fahrzeugs, z. B. Generator,
Wasserpumpe und andere. Derartige Riementriebe weisen
vielfach nur eine Riemenebene zur Drehmomentübertragung auf.
Dazu wird ein Keilrippenriemen mit Rippen in Riemen-
Längsrichtung verwendet. Diese Anordnung hat sich bei
Kraftfahrzeugen als kostengünstige Lösung durchgesetzt.
Synchron-Zahnriemen, d. h. Riemen mit Zähnen in Querrichtung
desselben, Ketten, Schubgliederbänder oder Zahnradgetriebe
zu verwenden, wäre zwar prinzipiell für den Antrieb eines
Fahrzeug-Generators möglich und könnte der Anforderung an
den Starterbetrieb des Fahrzeugs gerecht werden, ist aber
aufwendiger.
Die Drehmomente an Flach-, Keil- oder
Keilrippenriementrieben werden durch Reibung zwischen Riemen
und Scheiben übertragen und sind durch Scheibendurchmesser,
Umschlingungswinkel, Riemenspannungen und daraus
resultierende Riemen-Dicke und -Breite begrenzt. Die
Vergrößerung der Riemendicke erfordert zur Reduzierung der
Biegespannungen im Riemen auch die Vergrößerung der
Riemenscheiben. Bei für Kraftfahrzeuganwendungen genormten
Profilen ist die Riemenbreite gleichbedeutend mit der Anzahl
der Rippen.
Die kleinste Scheibe im Riementrieb hat in den meisten
Fällen der Generator, um ihn für ausreichende Stromerzeugung
gegenüber dem Verbrennungsmotor mit höheren Drehzahlen zu
betreiben. Insbesondere nahe der Leerlaufdrehzahl des
Verbrennungsmotors sind mindestens um den Faktor zwei ins
Schnelle übersetzte Generatordrehzahlen erwünscht. Aus
Bauraumgründen verbieten sich in gleichem Verhältnis
vergrößerte Scheiben auf Kurbel- und Nebenaggregatewellen
Um das sehr viel höhere Startmoment am Starter-Generator zu
übertragen, müßte unter Beibehaltung der Scheibendurchmesser
die Riemenbreite auf ein nicht vertretbares Maß ansteigen.
Es ist allgemein bekannt, bei Riementrieben
Spannvorrichtungen anzuwenden, die üblicherweise aus einer
federbelasteten Spannrolle besteht, die am sogenannten
Leertrum mit der kleineren Riemenspannung angeordnet ist.
Diese, auch heute in Kraftfahrzeugen verwendete Riemen-
Spannvorrichtung sind jedoch für unterschiedliche
Drehmomentrichtungen z. B. beim Start- und Generator-Betrieb
ist der elektrischen Maschine nicht geeignet. Zur
Drehmomentenbildung ist es in Flach-, Keil- und Keilrippen-
Riementrieben erforderlich, daß das sogenannte Leertrum eine
gewisse Mindestspannung aufweist. Unabhängig von der
Drehrichtung vertauschen sich bei Umkehr der
Drehmomentenrichtung Last- und Leertrum. Wird nur eine
Spannrolle im Riementrieb verwendet, so gibt es je nach
Drehmomentenrichtung einen Betriebszustand, bei dem die
Riemenspannung verloren geht, die Drehmomentenbildung nicht
möglich ist und der Riemen sogar seine Führung in den
Scheiben verlieren kann.
Der erfindungsgemäße Riementrieb, insbesondere in
Kraftfahrzeugen zum Antrieb von Nebenaggregaten, mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, hat den
Vorteil, daß der vom Riementrieb angetriebene Generator auch
als Starter des Fahrzeugs betrieben und der kostengünstige
Großserienkraftfahrzeug-Riementrieb beibehalten werden kann.
Dazu ist zu bemerken, daß bei heutigen Anforderungen an das
elektrische Bordnetz in Kraftfahrzeugen Generator und
Starter im gleichen Leistungsbereich liegen. Sie weisen
jedoch unterschiedliche Charakteristiken auf. Der Generator
arbeitet mit kleinen Drehmomenten bei hohen Drehzahlen, der
Starter mit hohen Drehmomenten bei kleinen Drehzahlen.
Die Erfindung zeigt vor allem einen relativ einfachen und
sehr wirksamen Weg auf, die Nachteile des Standes der
Technik zu beseitigen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und
Zeichnung.
Diese zeigt in den Fig. 1a und 1b einen Riementrieb nach
dem Stand der Technik in sehr vereinfachter Darstellung, in
den Fig. 2a, 2b, 2c ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Riementriebs, in den Fig. 3, 4a und 4b
sowie 5a und 5b Abwandlungen des erfindungsgemäßen Prinzips,
in Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Starter-Generator-
Antrieb mit erfindungsgemäßen Riementrieb im Längsschnitt,
stark vereinfacht, in Fig. 7 einen Schnitt längs A-A nach
Fig. 6 um 45°gedreht, in Fig. 8 ein Abwandlungsbeispiel
nach Fig. 6 und Fig. 9 eine Einzelheit nach Fig. 8 in
Seitenansicht.
Die Fig. 1a und 1b zeigen ein und denselben Riementrieb
nach dem Stand der Technik mit zwei Riemenscheiben 10, 11
und einer durch eine Druckfeder 13 belasteten Spannrolle 12
die gegen einen über die Riemenscheiben geschlungenen Riemen
14 drückt. Die Spannrolle 12 ist richtig angeordnet, wenn
die Riemenscheibe 10 im Uhrzeigersinn die Scheibe 11
antreibt, d. h. die Lage der Spannrolle ist in vorgesehener
Drehmomentenrichtung richtig angeordnet. Das sogenannte
Lasttrum (langer Pfeil) des Riemens 14 befindet sich unten,
das Leertrum (Kurzer Pfeil) oben. Die Fig. 1b zeigt den
Riementrieb in falscher Drehmomentrichtung, die z. B. bei
Drehschwingungen der Brennkraftmaschine auftreten kann. Das
Lasttrum liegt oben, die Spannrolle 12 ist dort unnötig, das
Leertrum unten und da keine Spannkraft auf dieses einwirkt,
verliert es seine Vorspannung weitgehend und es kann zu
gefährlichen Schwingungserscheinungen kommen.
Dieser Nachteil wird gemäß Fig. 2 bis 9 durch die
erfindungsgemäßen, nachfolgenden Konstruktionen dadurch
gelöst, daß an beiden Seiten des Riemens 14 zwischen den
Riemenscheiben 10 und 11 zwei Spannrollen 16, 17 angeordnet
sind, die sich gegenseitig elastisch durch die Zugfeder 13
abstützen, und damit kann sich die Spannrolle 17 im Lasttrum
unter der erhöhten Spannung einstellen, ohne daß die
Vorspannung im Leertrum verloren geht. Es sei hierbei noch
auf die unterschiedlichen Drehmomente bzw. Kraftpfeile
an den Riemenscheiben bzw. den Riemen hingewiesen, bzw. auf
die beiden Drehmomentrichtungen nach den Fig. 2b und 2c
bei denen die Riemenspannung im Leertrum unverändert bleibt.
Lange Kraftpfeile bedeuten große Kräfte, kurze kleine.
Drehmomentpfeile kennzeichnen die antreibende Scheibe.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt schematisch, daß
sich die Spannrollen 16, 17 auch elastisch gegen Festpunkte
20, 21 abstützen können, und zwar jeweils durch eine Feder
18 bzw. 19.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4a und 4b, bei dem
die Motorriemenscheibe 10 und die Generatorriemenscheibe 11
gleich groß sind, zeigt schematisch eine starke Feder 19,
die in einem Gehäuse 23 angeordnet ist und die einen
Festanschlag 22 hat, die im Generatorbetrieb unwirksam wird,
in dem sie gegen den Gehäuseanschlag 23a läuft - siehe
hierzu Fig. 4b. Die starke Feder 19 ist im Generatorbetrieb
unwirksam, wenn sie am Gehäuseanschlag anliegt. Somit hat
man gemäß Fig. 4b in diesem Betriebszustand eine geringe
Vorspannung für Wirkungsgrad des Riementriebs und im
Starterbetrieb gemäß Fig. 4a eine hohe Vorspannung für hohe
übertragbare Momente.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4b, 5a und 5b sind
die Träger 25a und 25b der Spannrollen 16, 17 gemeinsam in
einer Scheibenachse 25c eines Startgenerators drehbar
gelagert. Es wird wiederum auf die Pfeile verwiesen, woraus
man erkennt, daß die Riemenscheibe 10 im Beispiel 5a im
Uhrzeigersinn die Scheibe 11 antreibt, so daß das untere
Riementeil das Lasttrum ist, beim Ausführungsbeispiel nach
Figur Sb ist dieses umgekehrt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist zwischen den beiden
Spannrollenträgern 25a, 25b eine gemeinsame Zugfeder 13
eingesetzt. Ebenso könnte - wie in den Ausführungsbeispielen
nach den Fig. 4a und 4b - zwischen einem der beiden
Spannrollenträger und einem Festpunkt eine zusätzliche Feder
mit Anschlag hinzugefügt werden, um den Wirkungsgrad im
Generatorbetrieb und das übertragbare Moment im
Starterbetrieb zu steigern. Auch könnte die eine Feder 13
gemäßt Fig. 4b zwischen den beiden Spannrollenträgern durch
zwei Federn gegen Festpunkte derart ersetzt werden, daß eine
davon für unterschiedliche Vorspannungen mit einem Anschlag
versehen sein kann. Bei allen obigen Ausführungsbeispielen
bedeutet der lange Pfeil am Riemen das Lasttrum, der Kurze
das Leertrum.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 zeigt die
Anwendung der Spannrollen nach den Fig. 5a und 5b bei
einem Startergenerator 27 mit umschaltbarem Getriebe. Die
Fig. 6 zeigt dabei in vereinfachter Darstellung einen
Längsschnitt durch dieses Gerät. Mit 28a ist eine
Riemenscheibe bezeichnet, die über den Keilriemen 28 von
einer Brennkraftmaschine angetrieben ist. Die Riemenscheibe
28a hat etwa denselben Durchmesser wie die Riemenscheibe auf
der Maschinenkurbelwelle. Die Spannrollenträger - nun
bezeichnet mit 29a und 29b - tragen die beiden Spannrollen
30, 31, und sind voneinander unabhängig drehbar auf der
Eingangswelle 32 des Startergenerators 27 gelagert.
Elastische Glieder wie die Zugfeder 13 gemäß Fig. 9 bzw.
die Druckfedern 18, 19 zur gegenseitigen Abstützung oder zur
Abstützung gegen Festpunkte sind nicht dargestellt. Die
Eingangswelle 32 ist mit einem Planetenträger 33 eines
ersten Planetengetriebes 34 verbunden, das im Gehäuse 37 des
Startergenerators angeordnet ist. Der Planetenträger 33
trägt Lagerbolzen 33a für mehrere Planetenräder 38, 39, die
einerseits mit einem Hohlrad 41 kämmen, welches drehfest
verbunden ist mit dem Gehäuse 37, andererseits mit dem
Sonnenrad 42, welches drehfest verbunden ist mit einem
zweiten Planetenträger 44 eines zweiten Planetengetriebes
45, welcher über ein Schaltglied 47 mit dem Sonnenrad 46 des
zweiten Planetengetriebes verbunden ist und andererseits
Planetenräder 48, 49 trägt, die mit einem Hohlrad 50 in
Kämmeingriff stehen, das über das Schaltglied 51 am
Außenumfang des Hohlrades 50 mit dem Hohlrad 50 und dem
Gehäuse 52 in Wirkverbindung steht. Das Sonnenrad 46 ist
drehfest verbunden mit dem Starter-Generator-Läufer 43.
Das erste Planetengetriebe 34 dient zur
Übersetzungsanpassung an den Generatorbetrieb, das zweite
Planetengetriebe 45 zur Übersetzungsanpassung an den
Starterbetrieb. Die Schaltglieder 47, 51 können als weiter
nicht dargestellte Schaltkupplungen oder Freiläufe
ausgebildet sein. In der Ausbildung der Schaltglieder als
Freiläufe gemäß Fig. 7 schließt im Generatorbetrieb das
Schaltglied 47 über Freilaufrollen 47a, während das
Schaltglied 51 überrollt wird. Somit läuft das zweite
Planetengetriebe 45 als starrer Körper um, seine Komponenten
haben dieselbe Drehgeschwindigkeit, und die Übersetzung ist
dort eins. Im Falle des Starterbetriebs in gleicher
Drehrichtung wird das Hohlrad 50 selbsttätig von dem
Schaltglied 51 über dessen Freilaufrollen 51a festgebremst
und die Übersetzung beider Planetengetriebe 34, 35 wird
nunmehr durch Überrollen des Schaltgliedes 47 wirksam.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 zeigt im Unterschied
zum vorherigen Ausführungsbeispiel, wie die Spannrollen 30,
31 zur Erhöhung des übertragbaren Drehmoments angetrieben
werden können. Die Achsen der Spannrollen sind durch die
Spannrollenträger 29a, 29b sowie durch ovale Ausnehmungen 53
im Gehäuse 52 des Startergenerators 27 hindurchgeführt und
an ihren hinteren Enden mit Zahn- oder Reibrädern 54, 55
versehen, die in eine Außenverzahnung 57 eines
Planetenträgers 58 eingreifen. Wälzkreisdurchmesser der
Verzahnung auf dem Planetenträger 58 und Reibradius an der
Riemenaußenseite sind gleich.
Für große Umschlingungswinkel an Riemenscheiben und
Spannrollen für hohe Momentenübertragung sollten die
Spannrollen möglichst dicht beieinander liegen, gerade so
dicht, daß die Riementrums unter ihren Querschwingungen im
Betrieb nicht aneinander stoßen.
Eine weitere Steigerung der Momentenübertragung ist möglich,
wenn der Riemen beidseitig gerillt ist und in gerillte
Spannrollen eingreift. Durch eine zweite Spannvorrichtung am
Kurbelwellenantriebsrad und ein zusätzliches Reib- oder
Zahnrad auf der Kurbelwelle kann die Momentenübertragung
auch auf der Kurbelwellen-Riemenscheibe gesteigert werden.
Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Riementriebes für einen
Startergenerator ist es erforderlich, daß mindestens eine
Getriebestufe im Starter-Generator integriert ist, um am
Startergenerator eine größere Riemenscheibe zu
verwirklichen, bzw. daß die Übersetzung des
Startergenerators durch die integrierte Getriebestufe und
durch unterschiedliche Scheibendurchmesser auf Kurbel- und
Startergeneratorwelle erzeugt wird, oder daß die Übersetzung
des Startergenerators durch die integrierte Getriebestufe
allein erzeugt wird, um gleichgroße Scheibendurchmesser auf
Kurbel- und Startergeneratorwelle zu verwirklichen. Ferner
ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7
vorgesehen, daß im Starter-Generator ein zusätzliches,
umschaltbares Getriebe integriert ist, um den
Startergenerator an zwei unterschiedlichen Betriebsarten,
d. h. 1. Generatorbetrieb und 2. Starterbetrieb anzupassen,
wobei gemäß Fig. 6 und 8 zum selbsttätigen Umschalten
Freiläufe verwendet werden, die mit größerem Schaltspiel
vorgesehen werden. Das Vergrößerte Schaltspiel der Freiläufe
ist größer als Drehschwingungsamplituden an der Starter-
Generatorwelle gewählt. Gemäß Fig. 8 ist mindestens einer
der Freiläufe durch eine umschaltbare Kupplung ersetzt, um
den Startergenerator an drei unterschiedliche Betriebsarten,
d. h.
- 1. Generatorbetrieb bei hoher Motordrehzahl oder niedriger Stromanforderung, wenn das Schaltglied 51 offen und das Schaltglied 47 gesperrt ist,
- 2. Generatorbetrieb bei niedriger Motordrehzahl und hoher Stromanforderung, wenn das Schaltglied 51 gesperrt und das Schaltglied 45 offen ist und
- 3. Starterbetrieb bei gleichen Schaltgliedstellungen anzupassen.
Claims (11)
1. Riementrieb, insbesondere bei Brennkraftmaschinen zum
Antrieb von Nebenaggregaten eines Fahrzeugs, wie Generator,
Wasserpumpe und andere, mit einer Riemenspannvorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenspannvorrichtung in
beiden Drehmoment- bzw. Drehrichtungen sowohl am Leertrum
als auch am Lasttrum wirksam ist.
2. Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Riemenspannvorrichtung aus zwei Spannrollen (16, 17, 30,
31) besteht, wobei die eine am Leertrum, die andere am
Lasttrum des Riemens (10) wirksam ist.
3. Riementrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Spannrollen gegenseitig elastisch abstützen, z. B.
durch eine zwischen ihnen angeordnete vorgespannte Feder,
insbesondere Zugfeder (13).
4. Riementrieb nach der Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß an jeder Spannrolle eine Feder, insbesondere Druckfeder
(18, 19) angeordnet ist von denen sich jede an einem
Festpunkt (20, 21) abstützt.
5. Riementrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Feder (19) einer der Spannrollen (17) mit einem Anschlag
(23a) zusammenwirkt, der ihre Vorspannung nach
einem bestimmten Federweg unwirksam macht.
6. Riementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Träger (25a, 25b) der Spannrollen
16, 17) gemeinsam in einer Riemenscheibenachse (25c) drehbar
gelagert sind und nur eine Zugfeder (13) zwischen beiden
Spannrollen vorgesehen ist und deren Enden an den Trägern
angreifen.
7. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Träger (25a, 25b) der Spannrollen
(16, 17) gemeinsam in einer Riemenscheibenachse (25c)
drehbar gelagert sind, wobei zwei an Festpunkten angelenkte
Federn vorgesehen sind, von denen eine mit einem Anschlag
für maximale Vorspannung ausgestattet ist.
8. Riementrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Riementrieb zwischen
Brennkraftmaschine und einem Startergenerator (27)
angeordnet ist, der ein Umschaltgetriebe (34, 35) aufweist,
welches im Starterbetrieb mit kleinerer Ausgangsdrehzahl die
Brennkraftmaschine antreibt und im Generatorbetrieb den
Starter-Generator mit großer Drehzahl antreibt.
9. Riementrieb nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß
das Umschaltgetriebe, insbesondere Doppelplanetengetriebe am
Generatorbetrieb zwischen zwei Getriebestufen umschaltbar
ist.
10. Riementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Starter-Generator (27) mit einer von
der Brennkraftmaschine angetriebenen Starter-Generator
Riemenscheibe (28a) mit an deren Riemen (14) anliegenden
Spannrollen (30, 31), die über den Spannrollenträger (29a,
29b) auf der Eingangswelle (32) des Startergenerators (27)
gelagert ist, die wiederum über ein erstes Planetengetriebe
(34) und über ein nachgeschaltetes, zweites Planetengetriebe
(45) und dessen Sonnenrad (46) mit der Ausgangswelle (43)
des Starter-Generators verbunden ist.
11. Riementrieb für einen Startergenerator einer
Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannrollen (30, 31) über
Zahnräder oder Reibräder (54, 55) mit dem Planetenträger
(58) des ersten Planetengetriebes (34) in Wirkverbindung
stehen.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998149886 DE19849886A1 (de) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | Riementrieb, insbesondere bei Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Fahrzeugs |
PCT/DE1999/003159 WO2000026532A1 (de) | 1998-10-29 | 1999-10-01 | Riementrieb, insbesondere bei brennkraftmaschinen zum antrieb vo n nebenaggregaten eines fahrzeugs |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998149886 DE19849886A1 (de) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | Riementrieb, insbesondere bei Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Fahrzeugs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19849886A1 true DE19849886A1 (de) | 2000-05-11 |
Family
ID=7886055
Family Applications (1)
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DE1998149886 Ceased DE19849886A1 (de) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | Riementrieb, insbesondere bei Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Fahrzeugs |
Country Status (2)
Country | Link |
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DE (1) | DE19849886A1 (de) |
WO (1) | WO2000026532A1 (de) |
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