DE19943300A1 - Drehzahlregelbarer Nebenaggregatetrieb - Google Patents

Abstract

Der Zweck eines solchen Nebenaggregatetriebs besteht in einer bedarfsgerechten Drehzahlregelung von Nebenaggregaten mit dem Ziel optimaler Betriebsbedingungen (Übersetzungsverhältnisse). Dies soll mit relativ geringem axialen Bauraumbedarf bei Vermeidung kritischer Funktionsüberlagerungen am Antriebsriemen realisiert werden. DOLLAR A Der Nebenaggregatetrieb besteht aus einem Kurbelwellenscheibe (4) und Breitkeilriemenscheibe (6a) umfassenden Breitkeilriementrieb und einem Keilrippenriemenscheibe (6b) nebst Spann- (10) und Umlenkrolle (12) und Abtriebsriemenscheiben (14, 16, 18) von Nebenaggregaten umfassenden Keilrippenriementrieb, wobei die Breitkeilriemenscheibe (6a) und die Keilrippenriemenscheibe (6b) auf einer gemeinsamen Achse starr miteinander verbunden sind. Die Kurbelwellenscheibe (4) besteht aus federbelasteten Keilscheiben und ist als passiver Variator ausgebildet. DOLLAR A Der Nebenaggregatetrieb ist im wesentlichen für die bedarfsgerechte Drehzahlregelung von Nebenaggregatetrieben an Verbrennungsmotoren vorgesehen; ist aber auch überall dort einsetzbar, wo stufenlose Drehzahlregelung bei mehreren Abtriebsscheiben benötigt wird (z. B. allgemeiner Maschinenbau).

Description

Die Erfindung betrifft einen drehzahlregelbaren Nebenaggregatetrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Der Zweck eines solchen Nebenaggregatetriebs besteht in einer bedarfsgerechten Drehzahlregelung der Nebenaggregate mit dem Ziel optimaler Betriebsbedingungen (Übersetzungsverhältnisse).

Die Möglichkeit zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses mittels einer verstellbaren Keilscheibe als Antrieb und einer im Achsabstand veränderbaren Abtriebsscheibe ist aus dem Stand der Technik bekannt.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 19 74 735 A1 in Verbindung mit der EP 0 586 534 B1 wird ein Hilfsaggregate- Antrieb mit variabler Übersetzung beschrieben, wobei "ein Antriebsriemen über eine in ihrem wirksamen Durchmesser variable Antriebs-Riemenscheibe, weiterhin über ein unterschiedlich positionierbares Spannrollensystem, mit Hilfe dessen die gewünschte Übersetzung einstellbar ist, sowie über zumindest eine einem Hilfsaggregat zugeordnete Abtriebs-Riemenscheibe geführt ist".

Eine Drehzahlregelung kann statt mit Hilfe einer variablen Antriebsriemenscheibe ("aktiver Variator") auch mit Hilfe einer variablen Abtriebsriemenscheibe realisiert werden, wobei dann die Antriebsscheibe als "passiver Variator" ausgeführt ist.

Bei den bekannten Konstruktionen (vgl. z. B. auch US 2,894,405) erfolgt eine beidseitige Ineingriffnahme des Treibriemens. Dies erfordert spezielle Ausgestaltungen beider Riemenseiten, wobei in der Regel Kompromisse in Kauf genommen werden müssen.

Die JP 59 197 652 (A) offenbart eine im Durchmesser veränderbare Antriebsscheibe. Die zugehörige Abtriebsscheibe (20) ist um eine Welle (22) schwenkbar. Dadurch wird eine Änderung des Abstandes zur Antriebsscheibe ermöglicht. Eine Hälfte der Antriebsscheibe ist federbelastet. Bei Änderung des Abstands zwischen Antriebs- und Abtriebsscheibe ergibt sich eine automatische Anpassung des Durchmessers. Der Abtrieb erfolgt über einen zweiten Riementrieb, der über ein "stepped roller part (32)" an der Scheibe (20) und einen "revolution roller" - eine Art Reibradgetriebe - mit dem ersten Riementrieb gekoppelt ist. Wegen der Linienberührung des Reibradgetriebes können nur geringe Leistungen übertragen werden. Zum Antrieb größerer Nebenaggregate ist dieser Vorschlag nicht geeignet.

Die Aufgabe der Erfindung, wie sie gemäß Anspruch 1 gelöst ist, besteht in der bedarfsgerechten Drehzahlregelung von Nebenaggregaten mit dem Ziel, optimale Betriebsbedingungen (Übersetzungsverhältnisse) zu realisieren. Insbesondere besteht die Aufgabe in der Realisierung eines drehzahlregelbaren Nebenaggregatetriebs mit relativ geringem axialen Bauraumbedarf bei Vermeidung kritischer Funktionsüberlagerung am Antriebsriemen.

Der wesentliche Kern der Erfindung ist darin zu sehen, daß an eine axial verschiebbare Abtriebsscheibe direkt eine weitere Antriebsscheibe für einen nachgeschalteten (Keilrippen-)Riementrieb angekoppelt ist, wodurch mehrere nachgeschaltete Aggregate stufenlos drehzahlgeregelt betrieben werden können. Eine Ineingriffnahme der Antriebsriemen erfolgt jeweils nur einseitig, eine optimale Ausgestaltung für den jeweiligen Belastungsfall ist damit möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform setzt sich das Riementriebsystem aus einer Breitkeilriemen- und einer Keilrippenriemenanordnung zusammen. Der Breitkeilriemen kann über eine federbelastete Keilscheibe, die drehfest auf der Kurbelwelle sitzt, mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben werden. Dieser Breitkeilriemen läuft über eine Breitkeilriemenscheibe, die drehfest mit einer Keilrippenriemenscheibe verbunden ist.

Breitkeilriemenscheibe und Keilrippenriemenscheibe bilden zusammen eine Steuerrolle, über die Keilrippenriemenscheibe (der Steuerrolle) läuft ein Keilrippenriemen, der über Spann- und Umlenkrollen die Nebenaggregate, wie z. B. Generator, Lenkhilfepumpe und Klimakompressor mit der veränderlichen Geschwindigkeit betreibt.

Die aus Breitkeilriemenscheibe und Keilrippenriemenscheibe bestehende Steuerrolle ist mit ihrer Achse gegenüber der Achse der Kurbelwelle derart verschiebbar, daß der Achsabstand variiert werden kann. Dabei wird der Breitkeilriemen mehr oder weniger in die federbelastete Keilscheibe eingebracht, so daß der wirksame Durchmesser verändert wird. Damit wird der Weg des Keilrippenriemens ebenfalls verändert. Diese Längenänderung des Keilrippenriemens wird durch eine federbelastete Spannrolle ausgeglichen.

Erfindungsgemäß wird eine Funktionstrennung zwischen dem Breitkeilriemen und dem die Nebenaggregate betriebenden Keilrippenriemen erzielt.

Durch den Erfindungsgegenstand wird der erforderliche Hauraum durch das Ineinanderschachteln der beiden Riementriebe optimal ausgenutzt.

Die Steuerrolle wird über eine geeignete Elektronik derartig verstellt, daß das kritischste Nebenaggregat in seiner optimalen Übersetzung betrieben wird. Im Leerlaufbereich ist dies in der Regel der Generator. Bei höheren Motordrehzahlen können die Nebenaggregate im überwiegenden Zeitanteil in ihrer Drehzahl deutlich reduziert werden, da sie hier häufig erheblich mehr Leistung erzeugen als benötigt wird.

Die bedarfsgerechte Drehzahlregelung ist um so effektiver, je mehr bzw. leistungsstärker die anzutreibenden Nebenaggregate sind.

Mit der Steuerrolle ist eine starre Kopplung der Breitkeilriemenscheibe mit der Keilrippenriemenscheibe gegeben. Dadurch wird eine hohe Leistungsübertragung vom Breitkeilriemen auf den Keilrippenriemen ermöglicht. Die gesamte über den Breitkeilriemen übertragene Leistung gelangt auch in den Keilrippenriementrieb.

Der Keilrippenriemen zeichnet sich durch gute Rückenbiegefähigkeit und kleine Umschlingungsdurchmesser aus.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Nebenaggregatetrieb anhand der beigefügten Prinzipdarstellungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform im Querschnitt;

Fig. 2 die aus Variator und Steuerrolle bestehende Antriebseinheit im Längsschnitt.

Wie aus der Fig. 1 zu entnehmen, stellen ein Generator 14, eine Lenkhilfepumpe 16 und ein Klimakompressor 18 die gemäß dem Ausführungsbeispiel anzutreibenden Nebenaggregate dar. Diese Nebenaggregate 14, 16 und 18 werden über eine Steuerrolle 6 von der Kurbelwelle 2 eines Antriebsmotors (z. B. der Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs) angetrieben. Eine auf der Kurbelwelle 2 befindliche Antriebsscheibe 4 bildet einen sogenannten passiven Variator, der aus zwei gegeneinander beweglichen, federbelasteten Keilscheiben besteht. Kurbelwellenscheibe 4 und Steuerrolle 6 stehen über einen Keilriemen 20, im vorliegenden Beispiel einem Breitkeilriemen, in Wirkverbindung. Der wirksam Radius der Kurbelwellenscheibe 4 kann durch Veränderung des Achsabstands zwischen Steuerrolle 6 und Kurbelwelle 2 durch Verschieben der Steuerrollenachse, z. B. durch eine elektrisch oder hydraulisch betätigte Verschiebung entlang einer Linearführung variiert werden (Verschiebestrecke 8 der Steuerrolle 6). Auf diese Weise wird die Drehzahl der Steuerrolle 6 entsprechend den Bedürfnissen der Nebenaggregate geregelt.

Erfindungsgemäß besteht die Steuerrolle 6 aus zwei starr miteinander verbundenen Scheiben: im vorliegenden Beispiel einer Breitkeilriemenscheibe 6a und einer Keilrippenriemenscheibe 6b, die beide auf der gleichen Achse angeordnet sind. Während die Breitkeilriemenscheibe 6a über den Breitkeilriemen 20 mit der Kurbelwelle 2 verbunden ist, spannt sich ein Keilrippenriemen 22 um die Keilrippenriemenscheibe 6b der Steuerrolle 6, um eine Spannrolle 10, um die Riemenscheiben 14, 16, 18 von Generator, Lenkhilfepumpe und Klimakompressor und um eine Umlenkrolle 12. Die Spannrolle 10 kann um eine Strecke 9 verschoben werden. Diese Verschiebestrecke 9 der Spannrolle 10 muß nicht mit der Verschiebestrecke 8 der Steuerrolle 6 identisch sein.

Im Unterschied zu den eingangs genannten Nebenaggregate- Antrieben stehen die hier zur Anwendung gelangenden Riemen 20, 22 mit den zugeordneten Scheiben stets nur einseitig in Eingriff. Eine Auslegung der Riemen 20, 22 kann gezielt auf die Ausgestaltung der jeweils zugeordneten Scheiben abgestimmt werden. Kompromisse, wie sie bei zweiseitig ausgebildeten Riemen unumgänglich sind, brauchen hier nicht eingegangen zu werden. Lediglich die Umlenkrolle 12 und die Spannrolle 10 kommen mit der Rückseite des Keilrippenriemens 22 in Berührung. Da aber auf die Umlenk- 12 und Spannrollen 10 weder Antriebs- noch Bremsmomente einwirken, treten auch keinerlei tangentialen Kräfte zwischen den Rollen 10, 12 und der sie berührenden Riemenrückseite auf, so daß sich eine auf Kraftübertragung ausgebildete Ausgestaltung der Riemenrückseite erübrigt.

Bezugszeichenliste

2

Kurbelwelle

4

Antriebsriemenscheibe, Kurbelwellenscheibe, (Variator, federbelastete Keilscheiben)

6

Steuerrolle

6

a Breitkeilriemenscheibe (BKR-Scheibe)

6

b Keilrippenriemenscheibe (KRR-Scheibe)

8

Verschiebestrecke der Steuerrolle

9

Verschiebestrecke der Spannrolle

10

Spannrolle

12

Umlenkrolle

14

,

16

,

18

Abtriebsriemenscheiben von Nebenaggregaten:

14

Riemenscheibe Generator

16

Riemenscheibe Lenkhilfepumpe

18

Riemenscheibe Klimakompressor

20

erster Riemen, Breitkeilriemen

22

zweiter Riemen, Keilrippenriemen

Claims (5)

1. Drehzahlregelbarer Nebenaggregatetrieb - insbesondere für eine Brennkraftmaschine - mit variabler Übersetzung, umfassend die folgenden mittels eines Riementriebs miteinander in Wirkverbindung stehenden Bauelemente:

• - eine Kurbelwelle (2) mit einer Antriebsriemenscheibe (4), die als passiver Variator ausgebildet ist, eine Steuerrolle (6),
  mit zu der Kurbelwellenachse um eine Verschiebestrecke (8) veränderbarem Abstand,
• - eine Spannrolle (10),
• - eine Umlenkrolle (12),
• - mindestens eine Nebenaggregate-Riemenscheibe (14, 16 und/oder 18),

dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerrolle (6) aus zwei axial miteinander verbundenen Scheiben (6a, 6b) besteht,
wobei die eine Scheibe (6a) über einen ersten Riemen (20) von der Kurbelwelle (2) antreibbar ist, und wobei die zweite Scheibe (6b) mittels eines zweiten, über die Spannrolle (10) und die Umlenkrolle (12) geführten Riemens (22) als Antrieb für das mindestens eine Nebenaggregat (14, 16 und/oder 18) dient.

2. Nebenaggregatetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die eine (6a) der beiden Steuerrollen-Scheiben (6a, 6b) eine Breitkeilriemenscheibe (BKR-Scheibe) und daß der eine (20) der beiden Riemen (20, 22) ein Breitkeilriemen ist,
der einerseits mit der Kurbelwellenscheibe (4) andererseits mit der Breitkeilriemenscheibe (6a) der Steuerrolle (6) in Eingriff steht.

3. Nebenaggregatetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die andere (6b) der beiden Steuerrollen-Scheiben (6a, 6b) eine Keilrippenriemenscheibe (KRR-Scheibe) und
daß der andere (22) der beiden Riemen (20, 22) ein Keilrippenriemen ist,
der einerseits mit der Keilrippenriemenscheibe (6b) der Steuerrolle (6) und andererseits über die Spannrolle (10) und die Umlenkrolle (12) mit der mindestens einen Nebenaggregatescheibe (14, 16 und/oder 18) in Eingriff steht.

4. Nebenaggregatetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwellenscheibe (4) einen passiven Variator darstellt, dessen federbelastete Keilscheiben als Reaktion auf den veränderlichen Achsabstand der Steuerrolle einen variabel wirksamen Riemenradius ermöglichen.

5. Nebenaggregatetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus mindestens einer Nebenaggregatescheibe (14, 16 und/oder 18) und einem federbelasteten Spannelement (8) besteht, dessen Verstellbereich so ausgelegt ist, daß sich die durch die Steuerrollenverschiebung ergebenden Längenänderungen kompensiert werden können.