-
Hintergrund
der Erfindung
-
Gebiet der
Erfindung
-
Diese
Erfindung betrifft generell eine Doppel-Spannvorrichtung zum Spannen
eines Kraftübertragungsriemens
eines Riemenantriebssystems. Insbesondere betrifft die Erfindung
eine Doppel-Spannvorrichtung mit linearer Riemenscheibenbewegung. Die
Erfindung bezieht sich speziell auf eine Linearbewegungs-Spannvorrichtung
mit zwei Spanner-Riemenscheiben, deren Bewegung mechanisch gedämpft wird,
wobei zum Anwendungsbereich die Verwendung für Kraftübertragungsriemen-Antriebssysteme
zählt,
die eine einteilige Vorrichtung aufweisen, welche sowohl die Motorstartfunktion
als auch die Funktion des Erzeugens elektrischer Energie durchführt, wie
z.B. einen Motor/Generator, der oft als Gen-Star bezeichnet wird.
-
Beschreibung
des Standes der Technik
-
Bei
Verbrennungsmotoren oder Kraftwerken werden häufig Kraftübertragungsriemen-Antriebssysteme
verwendet, um Energie von der Kurbelwelle des Motors abzunehmen
und sie einer oder mehreren verschiedenen Motorhilfsvorrichtungen
oder -zusatzvorrichtungen zuzuführen.
Bei Anwendungen im Automobilbereich zählen zu diesen Zusatzvorrichtungen
Servolenkpumpen, Wasserpumpen, Klimaanlagen-Kompressoren, Kraftstoffpumpen
und Generatoren. Historisch befand sich bei diesen Motoren der Haupt-Energieabnahmepunkt
an der vom rückwärtigen Bereich
des Motors abstehenden Kurbelwelle, mit welcher der Antriebsstrang
zum Antreiben der zum Bewegen des Automobils vorgesehenen Räder verbunden
ist. Die Zusatzvorrichtungen werden von einer Riemenscheibe her
angetrieben, die am vorderen Ende der Kurbelwelle befestigt ist.
Jede Zusatzvorrichtung ist mit einer Riemenscheibe versehen. Sämtliche
Riemenscheiben stehen über
einen oder mehrere Kraftübertragungsriemen,
die um die Riemenscheiben geführt
sind, in mechanischer Verbindung miteinander. Es sind Verfahren
zum Spannen jedes Kraftübertragungsriemens
vorgesehen. Der Kraftübertragungsriemen,
die Riemenscheiben und die zur Erzeugung der Riemenspannung vorgesehenen
Vorrichtungen bilden das Zusatz-Riemenantriebssystem.
-
Frühere Systeme
wiesen Keilriemen auf. Üblicherweise
wurde jeder Riemen gespannt, indem pro Riemen die Position einer
Zusatzvorrichtung oder Leerlaufrolle manuell eingestellt und festgelegt
wurde. Diese Systeme wurden als Riemenantriebe mit Mittenverriegelung
bezeichnet, da keine Vorkehrung zur automatischen Bewegung irgendeiner
der Riemenscheiben zwecks Aufnahme variierender Zustände des
Riemens oder des Antriebs als Ganzes vorgesehen war. Falls der Riemen
gedehnt oder anderweitig verlängert
wurde, wurde die auf den Riemen einwirkende Spannung reduziert.
Ferner muss zum Erzielen eines korrekten Betriebs des Riemenantriebssystems
die Spannung des Riemens hoch genug eingestellt werden, um einen
Worst-case-Zustand aufnehmen zu können. Ein derartiger Worst-case-Zustand kann durch
Extrembedingungen hinsichtlich der Temperatur, des Motorbetriebs
oder des Betriebs der Zusatzvorrichtung verursacht werden.
-
Es
hat sich ein Interesse daran entwickelt, das Volumen der Motorkammern
zu verkleinern. Zur Aufnahme der Verkleinerung dieser Kammern sind verschiedene
Aspekte der Motoren kleiner ausgestaltet worden, einschließlich der
Zusatz-Riemenantriebssysteme. Dies ist zumindest teilweise durch
Reduzierung der Anzahl der Riemen erreicht worden. Mit jedem weggelassenen
Riemen und der daraus resultierenden Reduzierung der Anzahl der
von der Vorderseite des Motors ausgehenden Stränge wird die von der Vorderseite
des Motors ausgehende Gesamtstrecke des Riemenantriebssystems reduziert. Schließlich führte dies
bei zahlreichen Anwendungsfällen
zur Verwendung eines einzigen serpentinenartigen Riemens. Der Begriff
des Serpentinenriemens leitet sich aus der Weise ab, in der sich
der Riemen schlangenartig um die verschiedenen Riemenscheiben in
einer Folge von Kurven sowohl vorwärts als auch rückwärts windet.
Ein Keilriemen oder Micro-V-Riemen (eingetragenes Markenzeichen
der Gates Rubber Company) ist für
Anwendungen mit serpentinenartigem Verlauf am besten geeignet.
-
Bei
Anwendungen mit serpentinenartigem Verlauf werden die Beschränkungen
des Ansatzes mit Mittenverriegelung noch verschärft. Deshalb weisen die meisten
serpentinenartigen Riemenantriebe eine automatische Spannvorrichtung
auf, mittels derer sich die veränderlichen
Bedingungen des Riemenantriebssystem besser aufnehmen lassen. In seiner
Grundform weist eine automatische Spannvorrichtung eine Rahmenstruktur
oder einen Befestigungspunkt, der direkt mit dem Zylinderblock des Motors
oder indirekt mit einem am Fahrzeug befindlichen Punkt verbunden
ist, welcher in Bezug auf den Motor des Fahrzeugs stationär ist, und
eine Riemenscheibe auf, die in der Drehebene des Riemenantriebssystems
auf den Riemen drückt.
Zwischen der Rahmenstruktur und der Riemenscheibe erstreckt sich
ein bewegbares Element oder Verbindungsteil, um über die Riemenscheibe Druck
auf den Riemen auszuüben.
Der Druck wirkt sich dahingehend aus, dass die Strecke, um die der
Riemen herumgeführt ist,
verlängert
wird und der Riemen dadurch gespannt gehalten wird. Zum Erzeugen
der Vorspannkraft sind verschiedene Techniken und Geometrien verwendet
worden. Üblicherweise
wird ein elastisches Teil wie z.B. eine Stahlfeder mit dem Effekt
verwendet, dass sie das bewegbare Teil zu einer Drehbewegung zwingt,
die darin resultiert, dass die Riemenscheibe zur Bewegung in einer
zur Oberfläche des
Riemens hin verlaufenden Richtung tendiert, was seinerseits eine
Tendenz zur Erhöhung
der auf den Riemen einwirkenden Spannung erzeugt.
-
Eine
nur mit diesen Elementen versehene Riemenscheibe übt eine
recht konstante Kraft auf die Oberfläche des Riemens auf, wenn sich
das System im Ruhezustand befindet (d.h. wenn sich die Riemenscheiben
nicht drehen). Eine abmessungsmäßige Instabilität des Antriebssystems,
die durch Zeit- oder Temperaturschwankungen oder Herstellungstoleranzen
verursacht wird, wird durch die Aktion des elastischen Teils einigermaßen gut
aufgenommen, zumindest bis zu den Grenzen, die durch das elastische Teil
und die Geometrie der Spannvorrichtung gegeben sind. Somit bleibt
die auf den Riemen einwirkende Spannung im Ruhezustand des Systems
relativ konstant, auch wenn möglicherweise
der Riemen gespannt worden ist oder der Motor heiß oder kalt
ist. Eine nur mit diesen Elementen versehene Spannvorrichtung ist
jedoch eventuell nicht in der Lage, bei sämtlichen Betriebszuständen des
Systems die geeignete Spannung auf den Riemen auszuüben.
-
Ein
in Betrieb befindliches Kraftübertragungsriemen-Antriebssystem
vibriert typischerweise, was durch die Einflüsse von Torsionsvibration oder anderen
winkligen Beschleunigungen der Kurbelwelle oder der Zusatzvorrichtungen,
die Unwucht-Einflüsse
oder andere Einflüsse
verursacht wird. Eine Torsionsvibration der Kurbelwelle tritt teilweise
aufgrund der distinkten Impulse auf, die der Kurbelwelle durch die
Verbrennungszyklen jeder Zylinder- und Kolben-Kombination zugeführt werden.
Diese Schwingungen führen
zu einer Vibration des Riemens. Dies wiederum verursacht eine Vibration
der bewegbaren Teil der Spannvorrichtung. In diesen bewegbaren Teilen
bildet sich dann ein Moment aus, das die Kräfte, welche die Riemenscheibe
auf die Riemenoberfläche
ausübt,
und die auf den Riemen einwirkende Spannung modifiziert. Die Veränderung der
auf den Riemen einwirkenden Spannung kann eine unzureichende Leistung
des Riemenantriebssystems verursachen. In einem bestimmten Fall
können
Probleme hinsichtlich der Kurzzeit-Leistungsfähigkeit entstehen, etwa wenn
der Riemen des Riemenantriebssystems einen übermäßigen Schlupf erfährt, wodurch
die Effizienz des Systems oder die Kraftübertragungsfähigkeit
begrenzt werden, oder wenn der Riemen aufgrund von Schlupf oder
dgl. ein übermäßiges Geräusch erzeugt.
In einem anderen Fall führt
die Größe der Spannung,
die notwendigerweise auf den Riemen ausgeübt werden muss, damit dieser
im Kurzzeitbereich eine akzeptable Leistung zeigt, zu langfristigen
Problemen wie z.B. vorzeitigem Ausfall einer oder mehrerer Komponenten
des Systems einschließlich
des Riemens oder einer oder mehrerer Zusatzvorrichtungen.
-
Um
diese Problem zu handhaben und somit die Leistungsfähigkeit
der Spannvorrichtungen zu erhöhen,
sind die Spannvorrichtungen mit Dämpfungsvorrichtungen versehen
worden. Frühere
gedämpfte Spannvorrichtungen
wiesen eine symmetrische Dämpfung
auf, bei der die Bewegung der bewegbaren Teile der Spannvorrichtungen
unabhängig
davon, ob die momentane Bewegung in der Richtung, in der eine Tendenz
zur Erhöhung
der auf den Riemen einwirkenden Spannung besteht, oder in der Richtung erfolgt,
in der eine Tendenz zur Reduzierung der auf den Riemen einwirkenden
Spannung besteht, im Wesentlichen gleichermaßen gedämpft wird. Die Dämpfung wird
mit den von dem elastischen Teil aufgebrachten Kräften kombiniert,
was zu einer modifizierten Vorspannung an der Riemenscheibe/Riemen-Grenzfläche führt.
-
Bei
anderen Spannvorrichtungen wurde eine asymmetrische Dämpfung verwendet.
Normalerweise werden derartige Spannvorrichtungen derart gedämpft, dass
der auf das bewegbaren Teil ausgeübte Dämpfungseffekt minimal ist,
wenn sich die Spannvorrichtung in der Riemenspannrichtung bewegt,
und maximal ist, wenn sich die Spannvorrichtung in der Richtung
einer Lockerung des Riemens bewegt. Gemäß einem Ansatz ist ein Schuh
unter einem Winkel gegen einen Lauf vorgespannt, der sich von dem
normal zur Oberfläche
des Laufs verlaufenden Winkel unterscheidet. Als Ergebnis tendiert
eine Relativbewegung des Schuhs und des Laufs in einer Richtung dazu,
den Schuh von dem Lauf abzuheben. Dies reduziert den Druck an der
Grenzfläche
des Schuhs und des Laufs, reduziert die Reibung, welche die Dämpfung bewirkt,
und reduziert dadurch die Dämpfung.
In der anderen Richtung besteht die Tendenz, dass der Schuh gegen
den Lauf hin verkeilt wird und die Dämpfung erhöht wird. Ein Beispiel ist beschrieben
im U.S.-Patent Nr. 5,964,674 von Serkh et al. Darin ist die Verwendung
von Spannvorrichtungen mit einer einzigen Riemenscheibe vorgesehen,
die gegen eine Oberfläche
des Riemens gedrückt
wird, um Spannung aufzubringen. Ferner erfolgt die Spannung gegen
den Riemen ausschließlich
relativ zum Motorblock.
-
Das
U.S.-Patent Nr. 4,416,647 von White Jr., aus dem die Merkmale des
Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt sind, beschreibt die Verwendung von
Spannvorrichtungen mit zwei Riemenscheiben, die auf den Kraftübertragungsriemen
drücken.
In dem Patent '647
wird angeführt,
dass dieser Ansatz zweckmäßig zum
Spannen eines Systems mit einer zyklischen Last wie z.B. des Kompressors
einer Klimaanlage ist. Eine der Riemenscheiben drückt auf eine
unmittelbar stromaufwärts
der zyklischen Last gelegene Spanne des Kraftübertragungsriemens, während die
andere Riemenscheibe unmittelbar stromabwärts der zyklischen Last auf
den Kraftübertragungsriemen
drückt.
Gemäß einer
Ausführungsform
sind die beiden Riemenscheiben relativ zueinander an einem Winkelteil
festgelegt, das um seinen Scheitelpunkt schwenkbar ist. Die Vorrichtung
wird auf den Kraftübertragungsriemen
gedrückt,
um nach Mittenverriegelungs-Art eine statische Spannung aufzubringen.
Die Schwenkbarkeit soll eine dynamische Spannung aufnehmen. Statische
Spannung ist das Resultat einer Kraft, die von der Spannvorrichtung
in der Riemenspannrichtung auf den Kraftübertragungsriemen aufgebracht
wird, mit dem Effekt der Tendenz eines Verlängerns der Strecke, die der Kraftübertragungsriemen
um die Riemenscheiben des Systems herum zurücklegen muss. Falls man annähme, dass
jeder der Riemenscheiben des Systems erlaubt würde, sich frei zu drehen, wäre die an jeder
Spanne existierende Spannung gleich, und es handelte sich um eine
statische Spannung. Eine dynamische Spannung ist die über die
Länge des
Kraftübertragungsriemens
existente Spannung, die das Resultat einer statischen Spannung ist,
welche durch die Einflüsse
eines Drehmoments auf jeder der Riemenscheiben und durch verschiedene
Umwuchten des System verändert
worden ist. Ein zusätzliches Resultat
besteht darin, dass jede Spanne tendentiell unter einer verschiedenen
Spannung steht.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist jede der beiden Riemenscheiben an einem separaten Arm befestigt,
der einzeln um den Schwenkpunkt bewegt werden kann. Die beiden Arme
sind durch eine Feder zueinander hin vorgespannt. In dem Patent '647 wird erwähnt, dass
bei jeder Ausführungsform
die Dämpfung
durch das Zusammenwirken der Riemen scheiben mit den separaten Kraftübertragungsriemen-Spannen
erfolgt. Es wird kein Hinweis darauf gegeben, dass an dem Schwenkpunkt
Reibung oder ein anderer Dämpfungseffekt
eingeführt wird,
oder darauf, ob die Bewegung der Riemenscheiben in Bezug auf den
Motor oder auf die Riemenscheiben zueinander erfolgt.
-
Kraftübertragungsriemen-Spannvorrichtungen
zur Verwendung mit Zusatz-Riemenantriebssystemen für Verbrennungsmotoren
sind für
gekrümmte sowie
für lineare
Riemenscheiben-Bewegungen bekannt. Die oben angeführten Spannvorrichtungen sind
sämtlich
für gekrümmte Bewegungen
vorgesehen. Bei bestimmten Anwendungsfällen sind Spannvorrichtungen
mit linearer Bewegung vorteilhaft (d.h. Spannvorrichtungen, bei
denen die Leerlaufrolle, die den Kraftübertragungsriemen kontaktiert,
sich entlang eines im Wesentlichen geradlinigen Wegs bewegt). Ein
Beispiel einer Spannvorrichtung mit linearer Bewegung findet sich
in dem U.S.-Patent Nr. 4,634,408 von Foster. Das Patent '408 beschreibt den
Aufbau einer relativ komplexen Spannvorrichtung, die mehrere Federn
aufweist, die um einen hydraulischen Dämpfungsmechanismus herum angeordnet
sind. Ferner greift der Träger,
an dem die spannende Riemenscheibe angeordnet ist, über eine Kugellagerstruktur
mit der Laufbahn zusammen, die zwei Freiheitsgrade für den Träger definiert.
Die Einbeziehung einer Hydraulik erzeugt das Problem eines Entweichens
von Hydraulikfluid. Der beschriebene Hydraulikmechanismus ist offensichtlich
nicht kompakt. Somit ist die Spannvorrichtung anscheinend sehr groß. Die relativ
große
Anzahl von Teilen erhöht
die Kosten und die Komplexität
der Konstruktion. Ferner existiert abgesehen von der Effektivität der Kugellagerstruktur
keine Vorkehrung zum Kompensieren des an dem die Leerlauf-Riemenscheibe haltenden
Träger
auftretenden parasitären
Drehmoments, das dazu tendiert, den Träger zu verdrehen.
-
Traditionell
ist ein elektrischer Anlassermotor vorgesehen, um die Kurbelwelle
des Motors zu drehen, so dass die Verbrennung initiiert werden kann und
der Motor zu laufen beginnt. Der Anlassermotor ist nahe dem rückwärtigen Bereich
des Motors angeordnet und in der Lage, über eine Getriebeverbindung
intermittierend mit dem hinteren Teil der Kurbelwelle zusammenzugreifen.
-
Derzeit
besteht das zunehmend dringliche Erfordernis, die Emissionen zu
reduzieren und die Kraftstoff-Effizienz zu erhöhen, indem das Gewicht der
Automobile verkleinert wird und die Anzahl der unter der Motorhaube
befindlichen Komponenten reduziert wird. Ein Lösungsansatz zum Erreichen dieser
Ziele besteht im Kombinieren der Funktion des Anlassermotors und
der Funktion des Generators in Form einer einzigen Vorrichtung,
die als Motor/Generator oder Gen-Star bezeichnet wird. Ebenfalls
im Hinblick auf das Ziel der Kraftstoff-Effizienz wird in Verbindung
mit dem Gen-Star
die Verwendung eins als "Stop-in-idle" bezeichneten Merkmals
eingeführt. Dieses
Merkmal besteht darin, dass ein Abschalten des Motors erlaubt wird,
wenn dieser sich normalerweise im Leerlauf befände, und der Motor dann neugestartet
wird, wenn anzunehmen ist, dass das Automobil sich wieder in Bewegung
setzen soll. Durch dieses Merkmal werden die an Zusatz-Riemenantriebe
gestellten Anforderungen wesentlich reduziert. Bei der Betätigung wird
der Motor/Generator über den
Zusatz-Riemenantrieb in mechanische Verbindung mit der Kurbelwelle
gesetzt. Der Motor/Generator und das zugehörige Zusatz-Riemenantriebssystem
wird normalerweise am vorderen Bereich des Motors platziert. Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, diese Systeme an anderen Stellen
einschließlich
des Bereichs an der Rückseite
des Motors zu platzieren.
-
Mit
der Einführung
der Gen-Star-Systeme sieht sich der Ingenieur auf dem Gebiet von
Kraftübertragungsriemen-Systemen
mit beträchtlichen neuen
Aufgaben konfrontiert, die über
die bloße
Problem der Vibrationsbelastungen herausgehen. Eine signifikante
Aufgabe unter diesen Aufgaben bestand in der Entwicklung eines mit
akzeptabler Leistung arbeitenden Spannersystems unter Verwendung
eines Zusatz-Riemenantriebs, der diese neue Vorrichtung aufweist,
welche nicht nur weitgehend unanfällig gegenüber Belastungen und Drehkräften ist,
sondern auch ein großes
Antriebs-Dreh moment in den Zusatz-Riemenantrieb einführt. Ferner
erzeugt die Vorrichtung eine hohe Antriebsdrehkraft auf intermittierender
Basis.
-
Das
U.S.-Patent Nr. 4,758,208 von Bartos et al. beschreibt die Verwendung
zweier für
kurvenförmige
Bewegungen ausgelegter Arme, die jeweils eine Riemenscheibe tragen.
Die Arme sind an Schwenkpunkten angeordnet, die der Welle eines Gen-Star
entsprechen. Die Arme sind mittels einer Feder zueinander hin vorgespannt.
Bei der Spannvorrichtung ist ferner vorgesehen, dass der Gen-Star in
begrenzt drehbarer Weise derart angeordnet ist, dass dem Gehäuse erlaubt
ist, sich als Reaktion darauf, ob es sich bei dem Gen-Star-Modus
um einen Betrieb als Starter oder als Generator handelt, um einige
Grade zu drehen. Durch diese reaktive Bewegung wird ein Paar von
Verriegelungsteilen betätigt, die
alternierend je nach dem Modus den einen oder den anderen der beiden
Arme gegen Bewegung verriegeln. Auf diese Weise wird der Arm, der
dem Kraftübertragungsriemen-Strang zugeordnet
ist, welcher an der Gen-Star-Riemenscheibe mit der größten Spannung
endet, als Resultat des Gen-Star-Modus in seiner Position verriegelt.
Diese Spannvorrichtung ist offensichtlich komplex, erfordert eine
spezielle Befestigung des Gen-Star, die verschleißanfällige bewegbare
Teile aufweist, und ist unflexibel in der Anwendung. Zudem erwähnt das
Patent '208 keine
Vorkehrung dahingehend, dass die Bewegung einer der Riemenscheiben
mit einer Dämpfungsfunktion
versehen wäre,
um die Leistungsfähigkeit
des Systems zu verbessern.
-
Somit
besteht weiterhin Bedarf an einer für lineare Bewegung ausgelegten
Spannvorrichtung, die einfach und kompakt ist, eine lange Betriebslebensdauer
hat und den Vorteil eines Zwei-Riemenscheiben-Betriebs für diejenigen
Anwendungsfälle
bietet, die von dieser Betriebsweise profitieren. Ein derartiger
Anwendungsfall besteht in einem Zusatz-Kraftübertragungsriemen-Antriebssystem,
das mit einem Gen-Star versehen ist.
-
Ferner
verbleibt der Bedarf an einer Spannvorrichtung und einem System
zur Verwendung in Verbindung mit einem Gen-Star, die gleichzeitig eine adäquate Kurzzeitleistung
und eine adäquate
Langzeitleistung bieten, eine Optimierung der Breite des Riemens
ermöglichen,
welcher für
jeden gegebenen Anwendungsfall verwendbar ist, bei denen ferner
die Kosten und die Komplexität
beschränkt
sind, die ferner gegenüber
den Gen-Star-Systemen,
mit denen sie verwendbar sind, flexibel sind, und die die Möglichkeit
einer Linearbewegung bieten.
-
Überblick über die
Erfindung
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung für einen
für Linearbewegung ausgelegten
Zwei-Riemenscheiben-Zusatz-Kraftübertragungsriemenantrieb
und ein System mit einer Konfiguration zu schaffen, mittels derer
die Kombination aus Kurzzeitleistung und Langzeitleistung verbessert
wird und die Riemen-Wahl optimiert wird.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Linearbewegungs-Zwei-Riemenscheiben-Spannvorrichtung
mit einem mechanischen Dämpfungsmechanismus
zu schaffen, der asymmetrische Dämpfungseigenschaften
aufweist.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Linearbewegungs-Spannvorrichtung
mit einem mechanischen Dämpfungsmechanismus
zu schaffen, der Eigenschaften zur Kompensation parasitärer Drehmomente
aufweist, um die Lebensdauer und den Betrieb der Spannvorrichtung zu
verbessern.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spannvorrichtung
für einen für Linearbewegung
ausgelegten Zwei-Riemenscheiben-Zusatz-Kraftübertragungsriemenantrieb und
ein System mit einer Konfiguration zu schaffen, mittels derer die
Kosten und die Komplexität
begrenzt werden, wobei die Spannvorrichtung und das System gegenüber den
Gen-Star-Systemen, mit denen sie verwendet werden, flexibel sein
sollen.
-
Zur
Lösung
der vorstehenden sowie weiterer Aufgaben entsprechende den Zwecken
der vorliegenden Erfindung betrifft die durch die Merkmale von Anspruch
1 definierte Erfindung, wie hier dargelegt und detailliert beschrieben,
eine Riemenspannvorrichtung für
ein Riemenantriebssystem, die versehen ist mit einer Riemenspannvorrichtung,
einer ersten Riemenspanner-Riemenscheibe, einer Kurbelwellen-Riemenscheibe,
einer Zusatz-Riemenscheibe und
einem Kraftübertragungsriemen,
der um die erste Riemenspanner-Riemenscheibe, die Kurbelwellen-Riemenscheibe
und die Zusatz-Riemenscheibe geführt
ist. Die Riemen-Spannvorrichtung ist von demjenigen Typ, der einen
Befestigungspunkt, welcher an einem stationären Punkt relativ zu einem
Zylinderblock eines Motors befestigbar ist, eine Laufbahn und einen
ersten Träger
aufweist, der mit zwei Bewegungs-Freiheitsgraden in Gleitbeziehung
zu der Laufbahn angeordnet ist. Die erste Riemenspanner-Riemenscheibe
ist drehbar derart an dem ersten Träger angeordnet, dass sie mit
dem Kraftübertragungsriemen
zusammengreift. Ein elastisches Teil spannt den ersten Träger in Längsbeziehung
zu der Laufbahn vor. Zu der Verbesserung zählt das Merkmal, dass die Spannvorrichtung
einen zweiten Träger aufweist,
der mit zwei Bewegungs-Freiheitsgraden in Gleitbeziehung zu der
Laufbahn angeordnet ist. Eine zweite Riemenspanner-Riemenscheibe ist
an dem zweiten Träger
drehbar derart angeordnet, dass sie mit dem Kraftübertragungsriemen
zusammengreift. Der zweite Träger
ist in Längsbeziehung
zu der Laufbahn vorgespannt.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
Die
beigefügten
Zeichnungen, die in die Beschreibung einbezogen sind und einen Teil
derselben bilden und bei denen gleiche Teile durchgehend mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet sind, zeigen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung
zur Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen ist folgendes gezeigt:
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
einer Konfiguration eines Zusatz-Riemenantriebssystems mit einer Linearbewegungs-Zwei-Riemenscheiben-Spannvorrichtung
und einem Motor/Generator, wobei das System im Start-Modus gezeigt
ist.
-
2 zeigt
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
einer Konfiguration eines Zusatz-Riemenantriebssystems mit einer Linearbewegungs-Zwei-Riemenscheiben-Spannvorrichtung
und einem Motor/Generator, wobei das System im Generator-Modus gezeigt
ist.
-
3 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung einer
Linearbewegungs-Zwei-Riemenscheiben-Spannvorrichtung.
-
4 zeigt
eine von oben betrachtete perspektivische Ansicht einer bevorzugten
Linearbewegungs-Zwei-Riemenscheiben-Spannvorrichtung, wobei Teile
weggeschnitten sind.
-
5 zeigt
einen entlang der Linie 5-5 von 4 angesetzten
Teilschnitt.
-
6 zeigt
ein Detail eines Teils einer bevorzugten Ausführungsform einer Spannvorrichtung
in perspektivischer Ansicht.
-
7 zeigt
ein Detail eines Teils einer bevorzugten Ausführungsform einer Spannvorrichtung
in perspektivischer Ansicht.
-
8 zeigt
eine von unten betrachtete perspektivische Ansicht einer bevorzugten
Ausgestaltung der Linearbewegungs-Zwei-Riemenscheiben-Spannvorrichtung.
-
9 zeigt
eine von oben betrachtete perspektivische Ansicht einer bevorzugten
Linearbewegungs-Zwei-Riemenscheiben-Spannvorrichtung, wobei Teile
weggeschnitten sind.
-
10 zeigt
einen entlang der Linie 10-10 von 9 angesetzten
Teilschnitt.
-
11 zeigt
einen Teilschnitt zur Veranschaulichung der Kräfte, die auf eine der bevorzugten Ausführungsformen
der Spannvorrichtung einwirken.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Zusatz-Riemenantriebssystems 10 ist in 1 und 2 gezeigt.
Das System weist einen Motor/Generator 12, eine Motor-/Generator-Riemenscheibe 14, eine
Servolenkpumpen-Riemenscheibe 18, eine Klimaanlagen-Kompressor-Riemenscheibe 20,
eine Wasserpumpen-Riemenscheibe 22, eine Kurbelwellen-Riemenscheibe 24,
eine Doppel-Spannvorrichtung 28, eine erste Riemenspanner-Riemenscheibe 16,
eine zweite Riemenspanner-Riemenscheibe 26 und einen Kraftübertragungsriemen 30 auf.
-
Obwohl
hier spezielle Zusatz-Riemenscheiben in speziellen geometrischen
Konfigurationen gezeigt sind, sollte ersichtlich sein, dass die
vorliegende Erfindung in Abhängigkeit
vom Anwendungsfall für zahlreiche
verschiedene Kombinationen von Zusatzvorrichtungen und geometrischen
Anordnungen sowie Kombinationen derselben verwendbar ist, einschließlich serpentinenartiger
und nicht serpentinenartiger Konfigurationen. Obwohl bei einem System, das
einen Motor/Generator 12 aufweist, beträchtliche Vorteile erzielt werden
können,
kann die Zusatzvorrichtung auch für einen normalen Generator
oder eine andere Zusatzvorrichtung verwendet werden. Nor malerweise
erzeugt die Zusatzvorrichtung hohe Schwingungsbelastungen, um die
Vorteile der Spannvorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Erfindung
zu nutzen. Bei der hier gezeigten Konfiguration handelt es sich
um eine serpentinenartige Konfiguration. Somit ist der Kraftübertragungsriemen 30 normalerweise
vom Keilriemen-Typ. Die Erfindung kann jedoch im Zusammenhang mit
sämtlichen
Riementypen praktiziert werden. Ferner kann die vorliegende Beschreibung
auch dahingehend verstanden werden, dass sie eine Ebene von Riemen/Riemenscheiben
in einem Zusatz-Riemenantriebssystem betrifft, das mehrere Riemen
aufweist.
-
Der
mit "Riemen-Bewegungsweg" bezeichnete Pfeil
zeigt die Richtung des Riemenbewegungswegs während des normalen Betriebs
sowohl im Generator- als auch im Start-Modus an. Bei einer stromabwärtigen Bewegung
entlang des Wegs, um den der Kraftübertragungsriemen 30 umläuft, handelt
es sich um eine Bewegung in der gleichen Richtung wie diejenige
der Riemenbewegung. Bei einer stromaufwärtigen Bewegung handelt es
sich um eine Bewegung in Gegenrichtung zur Riemenbewegung.
-
Bei
stromabwärtiger
Bewegung mit Beginn an der Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 deckt ein Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Strang 32 die Strecke
ab, die mit dem Ende des letzten Kontaktpunks zwischen der Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 und
dem Kraftübertragungsriemen 30 beginnt
und mit dem Ende des ersten Kontaktpunkts zwischen der Motor-/Generator-Riemenscheibe 14 und
dem Kraftübertragungsriemen 30 endet.
Ein erster Motor/Generator-zu-Kurbelwellen-Strang 34 deckt
die Strecke ab, die an dem letzten Kontaktpunkt zwischen der Motor-/Generator-Riemenscheibe 14 und dem
Kraftübertragungsriemen 30 beginnt
und an dem ersten Kontaktpunkt zwischen der Servolenkpumpen-Riemenscheibe 18 und
dem Kraftübertragungsriemen 30 endet.
In der Darstellung in 1 und 2 existieren
drei Motor/Generator-zu-Kurbelwellen-Stränge 34', 34'' bzw. 34'''.
Anzahl und Platzierung von Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Strängen 32 und
Motor/Generator-zu-Kurbelwellen-Strängen 34 sind abhängig von
Anzahl und Platzierung der Zusatz-Riemenscheiben für einen
bestimmten Anwendungsfall.
-
Die
Richtung des Drehmoments an der Motor-/Generator-Riemenscheibe 14 und
an der Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 wird in Abhängigkeit
vom Betriebszustand des Zusatz-Riemenantriebssystem 10 umgekehrt,
wie in 1 und 2 durch die mit "Drehmoment" bezeichneten Pfeile
an jeder Riemenscheibe 14 und 24 angedeutet ist.
In der Erzeugungs-Betriebsart überträgt die Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 das
gesamte Antriebs-Drehmoment. Die Wasserpumpen-Riemenscheibe 22,
die Klimaanlagen-Kompressor-Riemenscheibe 20, die Servolenkpumpen-Riemenscheibe 18 und
die Motor-/Generator-Riemenscheibe 14 verbrauchen das Antriebs-Drehmoment,
wobei durch die erste Riemenspanner-Riemenscheibe 16 und
die zweite Riemenspanner-Riemenscheibe 26 ein nur geringer
Verbrauch erfolgt. In dem Start-Modus überträgt die Motor-/Generator-Riemenscheibe 14 das
gesamte Drehmoment. Die Kurbelwellen-Riemenscheibe 24, die
Wasserpumpen-Riemenscheibe 22 und die Servolenkpumpen-Riemenscheibe 18 verbrauchen
das Antriebs-Drehmoment, wobei durch die erste Riemenspanner-Riemenscheibe 16 und
die zweite Riemenspanner-Riemenscheibe 26 ein nur geringer
Verbrauch erfolgt.
-
Generell
und unabhängig
von der Betriebsart wäre
unter der Annahme, dass jede der Riemenscheiben sich frei drehen
darf, die auf jeden Strang ausgeübte
Spannung die gleiche und bestünde
aus einer statischen Spannung. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
ist gemäß 1 bis 7 die
statische Spannung das Resultat der Kraft, die von der Spannvorrichtung 28 auf
den Kraftübertragungsriemen 30 durch
das elastische Teil 38 aufgebracht wird, das auf die Kombination
eines ersten Riemenscheiben-Trägers 40 und
eines zweiten Riemenscheiben-Trägers 42 einwirkt,
wodurch bewirkt wird, dass die erste Riemenspanner-Riemenscheibe 16 und
die zweite Riemenspanner-Riemenscheibe 26 zueinander hin
vorgespannt werden oder gegenseitig vorgespannt werden und ein Druck
auf die Kombination des Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Strangs 32 und
des Motor/Genera tor-zu-Kurbelwellen-Strangs 34 ausgeübt wird,
der seinerseits dazu tendiert, die Strecke zu verlängern, über die
der Kraftübertragungsriemen 30 sich
um sämtliche
Riemenscheiben herum zu bewegen gezwungen wird.
-
Bei
dem in 2 gezeigten herkömmlichen oder Erzeugungs-Modus
führt die
Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 das Antriebs-Drehmoment zu.
Der letzte Motor/Generator-zu-Kurbelwellen-Strang 34''' wird
der Strang mit der größten Spannung.
Jede stromaufwärts
von der Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 angeordnete Riemenscheibe
absorbiert einen Teil des Antriebs-Drehmoments und veranlasst – unter Ignorierung
der Beeinträchtigungen
der Spannvorrichtung – dass
die Spannung in dem unmittelbar stromaufwärts gelegenen Strang reduziert
wird. An der Motor-/Generator-Riemenscheibe 14 liegt die größte Last
an. Schließlich
wird der Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Strang 32 der
Strang mit der kleinsten Spannung.
-
In
dem in 1 gezeigten Start-Modus führt der Motor/Generator 12 das
Antriebs-Drehmoment zu. Der Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Strang 32 wird
der Strang mit der größten Spannung.
Der Motor/Generator-zu-Kurbelwellen-Strang 34 wird
der Strang mit der kleinsten Spannung. Anders als bei dem Erzeugungs-Modus
weist die Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 die größte Last
auf. Traditionell betrachtet man die Optimierung als eine Funktion
des Sequenzierens der verschiedenen Lasten und der Platzierung der
Spannvorrichtung in der Antriebs-Anordnung. Wie ersichtlich ist,
unterscheidet sich eine Anordnung, die im Erzeugungs-Modus optimiert
ist, wesentlich von einer Anordnung, die im Start-Modus optimiert
ist.
-
Bei
dem herkömmlichen
Zusatz-Keilriemen-Antriebssystem existieren die folgenden grundlegenden
konzeptionellen Erwägungen:
1) die Wahl der Riemen-Breite (normalerweise durch die Anzahl von
Rippen bezeichnet) und des Riemen-Typs in Relation zu dem erwartungsgemäß zuzuführenden
und zu verbrauchenden Drehmoment; und 2) die Wahl der statischen
Spannung derart, dass sie unterhalb der Spannung liegt, bei welcher
der Riemen oder Komponenten des Systems bis zu dem Punkt belastet
würden,
an dem eine inakzeptable Verkürzung
der Betriebslebensdauer von Riemen oder Komponenten verursacht würde, und
dass sie oberhalb der Spannung liegt, bei welcher ein inakzeptabler Schlupf
auftreten würde.
Ferner besteht eine gegenseitige Zusammenwirkung zwischen diese
beiden grundlegenden konzeptionellen Erwägungen.
-
Ein
konstantes Ziel für
den Entwickler von Zusatz-Riemenantriebssystemen besteht darin,
beide der vorstehenden Aspekte unter Einbeziehung des Kosten- und
Komplexitätsgedankens
zu optimieren. Die Optimierung wird durch Handhabung zahlreicher
geometrischer und materialbezogener Parameter durchgeführt, die
dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt sind. Zu diesen
Parametern zählen
die Anordnung der antreibenden und der angetriebenen Riemenscheiben
auf der Basis des Trägheits-Drehmoments
und anderer Drehmomente, die jede von der Riemenscheiben aufweist.
-
Antriebsysteme,
die einen Motor/Generator aufweisen, erlauben niemals diese bestimmte
Optimierung, sind mit neuen und schwierigen Limitationen behaftet
und haben sich bisher einer praktischen Optimierung entzogen. Die
Grundursache dieser Schwierigkeiten liegt in der Tatsache, dass
diejenigen Riemenscheiben, welche das Antriebs-Drehmoment erzeugen
und das größte Anfangs-Drehmoment
aufweisen, je nach der Betriebsart verschieden sind. Zudem treten
größere Anfangs-Drehmomentlasten
auf als diejenigen, die sich normalerweise in einer herkömmlichen
Antriebssystem ergeben.
-
Durch
die beiden Riemenscheiben-Spannvorrichtungen 28 gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 in bestimmten
Anwendungsfällen
für die
Kombination der Modi beträchtlich
optimiert, insbesondere bei Verwendung in der Anordnung der bevorzugten
Ausführungsform.
Aufgrund der hohen Belastbarkeit von Gen-Star-Zusatzvorrichtungen
wurde als Beispiel für die
Anwendbarkeit der Spannvorrichtung 28 gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Kraftübertragungsriemen- System 10 mit
einem Gen-Star gewählt.
Die Spannvorrichtung 28 hat jedoch wie bereits erwähnt einen
breiten Anwendungsbereich für
Kraftübertragungssysteme 10 zur
Verwendung bei einer breiten Palette von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge und
für industrielle
Zwecke.
-
Die
Riemenlockerungsrichtung in Bezug auf jede der ersten und der zweiten
Riemenscheibe 16 oder 26 für sich ist diejenige Richtung
der ersten oder der zweiten Riemenscheibe, die dem Riemen 30 einen
Umlauf um einen kürzeren
Weg ermöglicht.
Bei der Riemenspannung verhält
sich dies einfach umgekehrt. In Bezug auf die ersten und zweiten
Riemenscheiben 16 und 26 ist jedoch die Riemenlockerungsrichtung
diejenige Richtung, in der sich die ersten und zweiten Riemenscheiben 16 und 26 weiter
voneinander weg bewegen. Wiederum ist dies bei der Riemenspannung
einfach umgekehrt.
-
Die
ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26 folgen
entlang der Laufbahn 36 linearen Bewegungsbahnen, wie noch
detaillierter beschrieben wird. Vorzugsweise ist der lineare Weg jeder
der ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26 rechtwinklig
zu demjenigen Weg angeordnet, den der zugehörige Strang nehmen würde, falls
er – wenn
die Spannvorrichtung 28 nicht vorhanden wäre – zwischen
den an jedem Ende des Strangs angeordneten Riemenscheiben straff
gespannt wäre,
in diesem Fall zwischen der Generator-Riemenscheibe 14 und
der Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 für die erste Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und
der Motor-/Generator-Riemenscheibe 14 und der Servolenkpumpen-Riemenscheibe 18 für die zweite
Riemenspanner-Riemenscheibe 26. Diese Ausrichtung minimiert
die Bewegung der ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheibe 16 und 26 bei
jeder gegebenen Riemen-Umlenkung, so
dass die erforderliche Länge
der Laufbahn 36 reduziert wird und die Spannvorrichtung 28 insgesamt kompakter
ausgebildet werden kann, und es werden die Kraftverhältnisse
innerhalb der Spannvorrichtung 28 verbessert, so dass die
innenliegenden Merkmale der Spannvorrichtung 28 eine optimale
Betriebslebensdauer erreichen können.
Es ist jedoch festzustellen, dass bestimmte Anwendungsfälle wie
z.B. der hier gezeigte eine derartige Ausrichtung nicht zulassen.
Dennoch können
bei diesen Anwendungsfällen
zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden.
-
Im
Folgenden werden die innen befindlichen Merkmale der Spannvorrichtung 28 anhand
von 3 bis 7 beschrieben. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
ist ein erstes Endhalteteil 44 mit ersten Befestigungslöchern 56 zur
Aufnahme (nicht gezeigter) Befestigungsteile versehen, um die Spannvorrichtung 28 an
dem Motor zu befestigen. Ein zweites Endhalteteil 46 mit
zweiten Befestigungslöchern 58 zur
Aufnahme (nicht gezeigter) Befestigungsteile versehen, um die Spannvorrichtung 28 am
Motor zu befestigen. Es ist ersichtlich, dass Teile des ersten Endhalteteils 44,
die mit den ersten Befestigungslöchern 56 versehen
sind, und des zweiten Endhalteteils 46, die mit zweiten
Befestigungslöchern 58 versehen
sind, jeweils von den ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26 weg
abstehen und Bodenflächen
aufweisen, die im Wesentlichen in der gleichen Ebene ausgerichtet sind
wie die Bodenfläche
der ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26.
Es kann jedoch jede beliebige Konfiguration vorgesehen sein, mittels
derer die ersten und zweiten Endhalteteile 44 und 46 am
Motor befestigbar sind, während
die tragende Laufbahn 36 in der korrekten Ausrichtung zu dem
Kraftübertragungsriemen 30 gehalten
wird.
-
Die
Laufbahn 36 weist Halteteil-Haltekanäle 68 und einen Dämpfungskanal 70 auf.
Die in 6 und 7 gezeigten ersten und zweiten
Riemenscheiben-Träger 40 und 42 weisen
Träger-Lager 66 auf,
die sich in den Träger-Haltekanälen 68 bewegen. Die
ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26 sind
drehbar an den ersten und zweiten Riemenscheiben-Trägern 40 und 42 befestigt,
und zwar mittels – sowie
unter Lagerung an – Stiften 60 über eine
Kugellagervorrichtung, die Laufringe 62 und Kugeln 64 aufweist.
Die ersten und zweiten Riemenscheiben-Träger 40 und 42 weisen ferner
erste und zweite winklige Blöcke 72 bzw. 73 auf,
die einstückig
gegossen oder durch Verbindung separater Teile ausgebildet sein
können.
An den ersten und zweiten Riemenscheiben-Trägern 40 und 42 bzw.
um die ersten und zweiten winkligen Blöcke 72 und 73 herum
sind erste und zweite Schuhe 76 und 77 derart
platziert, dass die ersten und zweiten Schuhe 76 und 77 an
ersten und zweiten winkligen Verbindungsteilen 74 und 75 über die
ersten und zweiten winkligen Blöcke 72 und 73 gleiten
können.
Die ersten und zweiten Schuhe 76 und 77 weisen
erste und zweite Schuhlager 78 und 79 auf, die
sich in jeweiligen Dämpfungskanälen 70 bewegen.
Die ersten und zweiten Schuhe 76 und 77 weisen
bewegbare erste und zweite Federösen 80 und 81 auf,
durch die hindurch erste und zweite Federhaken 90 bzw. 92 befestigt
sind.
-
Nachdem
die ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26,
die mit Lagern versehen sind, welche Laufbahnen 62 und
Kugeln 64 aufweisen, durch Stifte an den ersten und zweiten Riemenscheiben-Trägern 40 und 42 befestigt
worden sind, werden die Träger-Lager 66 in
Position befestigt, und die ersten und zweiten Schuhe 76 und 77 mit den
ersten und zweiten Schuhlagern 78 und 79 werden
an den ersten und zweiten Riemenscheiben-Trägern 40 und 42 (ersten
und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91)
platziert; die Feder 38 wird an den ersten und zweiten
bewegbaren Federösen 80 und 81 befestigt,
und die ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 werden
in die Laufbahn 36 eingesetzt. Die Träger-Lager 66 greifen
passend mit den Träger-Haltekanälen 68 zusammen,
um eine Verbindung mit geringer Reibung zu schaffen, die nur eine im
Wesentlichen längsverlaufende
Bewegung der Vorrichtung in der Laufbahn 36 erlaubt. Die
Beziehung zwischen den Träger-Lagern 66 und
den Träger-Haltekanälen 68 bestimmt
die beiden Bewegungs-Freiheitsgarde der ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91.
-
Auf
den Enden der Laufbahn 36 werden die ersten und zweiten
Endhalteteile 44 und 46 und erste und zweite Endkappen 48 und 50 platziert.
Dann werden (nicht gezeigte) erste und zweite Befestigungsteile
durch erste und zweite Kappenbefestigungspunkte 52 bzw. 54 und
kompatible Ge windeöffnungen
der ersten und zweiten Endhalteteile 44 und 46 und
der Laufbahn 36 eingeführt,
um sämtliche
fünf Komponenten
zu verbinden. Die Länge
der Laufbahn 36 wird normalerweise dahingehend gewählt, dass der
volle Bewegungsbereich aufgenommen wird, der den Trägervorrichtungen 71 und 91 abverlangt
wird, damit sie auf die veränderlichen
Zustände
des Systems 10 reagieren können. Die ersten und zweiten Endhalteteile 44 und 46 können jedoch
jeweils mit einer Stoppfunktion versehen sein, um die Längsbewegung
der ersten und zweiten ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 für diejenigen
Anwendungsfälle
zu begrenzen, bei denen eine Begrenzung des Bewegungswegs der Spannvorrichtung 28 vorteilhaft
ist. In einem derartigen Fall können
die ersten und zweiten Endhalteteile 44 und 46 und
die ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 mit
einem (nicht gezeigten) Anschlagteil versehen sein. Ferner müsste die
Laufbahn 36 entsprechende Abmessungen erhalten.
-
Dann
wird die Spannvorrichtung 28 an dem Motor befestigt. Anschließend werden
die ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 an
oder nahe der Grenze ihrer Bewegungswege rückgehalten, so dass sich die
Feder 38 dehnt und der Riemen 30 auf die in 1 und 2 gezeigte
Weise um die Arbeits-Riemenscheiben geführt werden kann, zu denen die
Motor-/Generator-Riemenscheibe 14, die Servolenkpumpen-Riemenscheibe 18,
die Klimaanlagen-Kompressor-Riemenscheibe 20, die Wasserpumpen-Riemenscheibe 22,
die ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26 zählen.
-
11 erleichtert
das Verständnis
der Kräfte,
die in der Spannvorrichtung 28 wirken. Es wird nur die
erste Trägervorrichtung 71 gezeigt
und beschrieben. Die Beschreibung ist jedoch gleichermaßen anwendbar
auf sowohl die erste als auch die zweite Trägervorrichtung 71 bzw. 91 dieser
Ausführungsform und
der im Anschluss beschriebenen zweiten Ausführungsform. Gemäß der nun
zu erläuternden 11 werden,
nachdem der Riemen 30 in der oben erwähnten Weise umgeführt worden
ist, die auf die ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 einwirkenden
Rückhaltevorkeh rungen
gelöst,
so dass die Federkraft A der Feder 38 über die ersten und zweiten
Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26 auf den
Riemen 30 übertragen
wird. Anzumerken ist, dass die Pfeile, welche jede der beschriebenen
Kräfte
markieren, schematisch die ungefähre Richtung
und Position, jedoch nicht die Größe angeben. Ferner werden Kräfte, die
tatsächlich über einen Bereich
oder unter mehreren Teilen verteilt sein können, wie z.B. die Nivellierkräfte D und
E, zur Vereinfachung der Erläuterung
und zur Erleichterung des Verständnisses
der signifikanten Vorgänge
in der Spannvorrichtung 28 dahingehend dargestellt, dass sie
an einzelnen Punkten auftreten. Somit wird der Kraftübertragungsriemen 30 in
statische Spannung versetzt. Dies erzeugt die Riemenkraft B, die über den
Kraftübertragungsriemen 30 auf
die erste Riemenspanner-Riemenscheibe 16 einwirkt. Das
Moment C zwischen den Kräften
A und B verursacht ein parasitäres
Drehmoment, das dazu tendiert, die Trägervorrichtung 71 zu
verdrehen. Das parasitäre Drehmoment
seinerseits erzeugt an den Kontaktpunkten zwischen den Träger-Lagern 66 und
den Träger-Haltekanälen 68 Nivellierkräfte D und
E, die ein fortlaufendes Verdrehen der Trägervorrichtung 71 über das
Spiel zwischen den Träger-Lagern 66 und die
Träger-Haltekanäle 68 verhindern.
-
Während des
Betriebs des Systems 10 wird die statische Spannung durch
die Betätigung
der Feder 38 aufrechterhalten. Die statische Spannung ist das
Ergebnis der Kraft, die auf den Kraftübertragungsriemen 30 durch
die Spannvorrichtung 28 über die ersten und zweiten
Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26 aufgebracht
wird, welche in der Riemenspannrichtung vorgespannt sind, mit dem
Ergebnis einer Verlängerung
der Strecke, über
die sich der Kraftübertragungsriemen 30 um
sämtliche
Riemenscheiben 14, 16, 18, 20, 22, 24 und 26 herum
bewegen muss. Unter der Annahme, dass jede der Riemenscheiben 14, 16, 18, 20, 22, 24 und 26 sich
frei drehen könnte,
wäre die
Spannung an jedem Strang die gleiche, und es handelte sich um eine
statische Spannung. Jedoch hat eine auf jeder der Riemenscheiben 14, 16, 18, 20, 22, 24 und 26 einwirkende variable
Drehkraft den Effekt, dass die Spannung, welche auf die in Kontakt
mit den ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26 stehenden Stränge einwirkt,
oszillierend variiert. Die ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 reagieren
kommensurabel. Bei bestimmten Anwendungsfällen kann dies zu einer dynamischen
Spannung führen,
die von der statischen Spannung in einem Maß abweicht, das inakzeptabel
ist, was zu einem System 10 mit niedriger Leistungsfähigkeit
führt.
Die dynamische Spannung ist die über
die Länge
des Riemens 30 vorhandene Spannung, die das Ergebnis der
statischen Spannung in der Form ist, in der diese durch die Einflüsse verschiedener
Unwuchtzustände
und des Drehmoments, die auf jede der Riemenscheiben 14, 16, 18, 20, 22, 24 und 26 einwirken, und
durch die Reaktion der Spannvorrichtung 28 auf diese Einflüsse verändert wird.
-
Das
Problem der geringen Leistungsfähigkeit
wird durch das Hinzufügen
von Dämpfung
zu der Spannvorrichtung 28 gelöst. Eine asymmetrische Dämpfung ist
besonders wirksam zum Kompensieren oszillatorischer Spannung. Generell
besteht eine asymmetrische Dämpfung
dann, wenn sich der Dämpfungspegel
für eine
Bewegungsrichtung der ersten oder zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 signifikant
von dem Dämpfungspegel
in der anderen Bewegungsrichtung der Trägervorrichtungen unterscheidet.
Bei der hier erläuterten
bevorzugten Ausführungsform
ist, wenn sich eine der ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 in
der Riemenlockerungsrichtung bewegt, die Dämpfung größer als wenn sich eine der
ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 in
der Riemenspannrichtung bewegt.
-
Das
Dämpfen
der Spannvorrichtung 28 wird bei beiden in den Figuren
gezeigten bevorzugten Ausführungsformen
durch die Dämpfungselemente bewirkt,
die den Dämpfungskanal 70,
den ersten winkligen Block 72, das erste winklige Verbindungsteil 74,
den ersten Schuh 76 und das erste Schuhlager 78 aufweisen.
Gemäß 11 bewegt
sich die Trägervorrichtung 71,
wenn sie sich nach links bewegt, in der Riemenlockerungsrichtung.
Bei der Richtung nach rechts hin handelt es sich um die Riemenspannungsrichtung.
-
Wenn
das System zusammengefügt
ist, sich jedoch nicht in Betrieb befindet, befindet sich die Trägervorrichtung 71 im
Ruhezustand, und die Feder 38 ist teilweise gestreckt.
Die Federkraft A und die Federkraft B befinden sich in gegenseitigen
Ausgleich. Die Federkraft A wird zu dem ersten winkligen Verbindungsteil 74 hin übersetzt
als Federkraft A' und deren
Längskomponente
A'' sowie deren Vertikalkomponente
A''', und sie erzeugt eine Reaktions-Federkraft
AA' und deren Längskomponente
AA'' sowie deren Vertikalkomponente
AA'''. Die Reaktions-Vertikalkomponente AA''' zwingt
die erste Schuh-Reibanlagefläche 86 in
Zusammengriff mit der Laufbahn-Reibanlagefläche 88.
Dadurch wiederum wird eine abwärtsgerichtete
Kraft F erzeugt.
-
Sobald
das System 10 seinen Betrieb beginnt, verändert die
dynamische Spannung die Riemenkraft B und bewirkt, dass sich die
Trägervorrichtung 71 bewegt.
Während
dieser Perioden wird, wenn die Riemenkraft B ansteigt und eine Bewegung der
Trägervorrichtung 71 in
der Riemenlockerungsrichtung verursacht, an der Grenzfläche zwischen der
ersten Schuh-Reibanlagefläche 86 und
der Laufbahn-Reibanlagefläche 88 Reibung
erzeugt. Diese Reibung erzeugt eine Lockerungs-Dämpfungskraft G. Diese Kraft
wird zu dem ersten winkligen Verbindungsteil 74 hin übersetzt
und verbindet sich mit der Federkraft A, um die Größe der Längskomponente
A'' zu erhöhen. Dieser
Effekt vergrößert indirekt
die Größe der Reaktions-Vertikalkomponente
AA''' und der abwärtsgerichteten Kraft F, wobei
dies anders ausgedrückt
bedeutet, dass die Anlagekraft an der Grenzfläche der ersten Schuh-Reibanlagefläche 86 und der
Laufbahn-Reibanlagefläche 88 vergrößert wird. Dadurch
wiederum wird eine Regelschleife gebildet, welche die Lockerungs-Dämpfungskraft
G vergrößert. Im
Endeffekt vergrößert sich
die Dämpfungsreibung,
wenn die Trägervorrichtung 71 in
die Riemenlockerungsrichtung gedrückt wird. Der umgekehrte Fall
tritt in der Riemenspannungsrichtung auf.
-
Bei
den dargestellten bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Winkel
X des ersten winkligen Verbindungsteils 74 ungefähr 45°. Der Winkel X kann
eingestellt werden, um das Maß der
Dämpfungs-Asymmetrie
zwecks Aufnahme verschiedener Anwendungsfälle zu verändern. Wenn sich der Winkel
X einem Winkel von 90° nähert, geht
die Asymmetrie gegen Null. Die Asymmetrie vergrößert sich, wenn der Winkel
X abnimmt. Es gibt jedoch einen Punkt, an dem ein zu kleiner Winkel
X in einer funktionsunfähigen
Spannvorrichtung resultiert, was durch ein Verklemmen des Mechanismus
oder eine Verschlechterung des strukturellen Zusammenhalts verursacht
wird.
-
Die
Längspositionierung
des ersten winkligen Blocks 72 in Relation zu den ersten
Riemenscheiben-Träger 40 ist
von Bedeutung für
die Verschleißmuster
und die Lebensdauer der Träger-Lager 66.
Wie oben erläutert
resultieren die Federkraft A und die Riemenkraft B, die um das Moment
C herum wirken, in einem parasitären
Drehmoment, das gemäß 11 im
Uhrzeigersinn auf die Trägervorrichtung 71 einwirkt.
Diesem Effekt wirken die ersten und zweiten Nivellierkräfte D und
E entgegen. Eine Bewegung der Trägervorrichtung 71 unter
der Einwirkung der dynamischen Spannung oder anderen Einwirkungen
bildet in Verbindung mit den Nivellierkräften D und E die Grundursache
für den
Verschleiß der Träger-Lager 66.
Lässt man
die Auswirkungen der abwärtsgerichteten
Kraft F und der Vertikalkomponente A''' außer Acht,
ist ersichtlich, dass der größte Verschleiß der Träger-Lager 66 an
den Punkten auftritt, an denen die Nivellierkräfte D und E auf die Träger-Lager 66 einwirken.
Der Verschleiß der
Träger-Lager 66 ist
am größten an
den unteren rechten und oberen linken Ecken. Dies verursacht die
Tendenz, dass die Trägervorrichtung 71 mit
der Zeit innerhalb der Laufbahn 36 verdreht werden kann.
Das Verdrehen tendiert dazu, eine Konzentration der Verschleißmuster
zu verursachen, wodurch die Ungleichmäßigkeit des Verschleißes und
die Schnelligkeit des Auftretens des Verschleißes noch erhöht werden.
-
Die
Platzierung des ersten winkligen Blocks 72 bestimmt die
Position der abwärtsgerichteten Kraft
F und der Vertikalkomponente A'''. Falls der ersten winkligen Block 72 derart
auf dem ersten Träger 40 platziert
würde, dass
die Platzierung der Vertikalkomponente A''' mit dem entfernten
rechten Rand des Träger-Lagers 66 übereinstimmt,
dann trifft die unmittelbar vorausgegangene Erläuterung, bei der die Auswirkungen
der abwärtsgerichteten
Kraft F und der Vertikalkomponente A''' außer Acht
gelassen wurden, auf die Spannvorrichtung 28 zu. Wenn jedoch
der erste winklige Block 72 weiter zur linken Seite des
ersten Trägers 40 hin
platziert wird, verdrängt
er zunehmend die Funktion der zweiten Nivellierkraft E. Dieser Effekt
ist unter zwei Aspekten signifikant. Erstens ist, wenn die zweite
Nivellierkraft E durch die Vertikalkomponente A''' vollständig verdrängt worden
ist, die Tendenz zu einem erhöhten Verschleiß am oberen
linken Bereich der Träger-Lager 66 im
Wesentlichen beseitigt. Zweitens existiert die zweite Nivellierkraft
E nur dann, wenn sich das Träger-Lager 66 in
Kontakt mit den Träger-Haltekanälen 68 befinden.
Somit verdreht sich, wenn Verschleiß auftritt, der erste Träger 40 zunehmend
weit, bevor die zweite Nivellierkraft E dazu beiträgt, den ersten
Träger 40 in
den Träger-Haltekanälen 68 auszugleichen.
Die Vertikalkomponente A''' ist nicht in dieser Weise abhängig und
ist während
der gesamten Zeit vorhanden, zu der die Federkraft A vorhanden ist.
Somit wirkt sich während
der gesamten Zeit, zu der sich die Vertikalkomponente A''' links
vom unteren rechten Rand der Träger-Lager 66 befindet,
die Komponente derart aus, dass sie den ersten Träger 40 über die
gesamte Dauer des Vorhandenseins der Federkraft A ausgleicht, was
dazu führt,
dass der erste Träger 40 eben
auf der Laufbahn 36 gehalten wird, das unebene Verschleißmuster
beseitigt wird und die Lebensdauer der Träger-Lager 66 verlängert wird.
Je weiter die Vertikalkomponente A''' nach links bewegt wird,
desto ausgeprägter
ist der Effekt.
-
Es
kann vorgesehen sein, dass der erste winklige Block 72 an
anderen Stellen innerhalb der äußersten
linken und rechten Seiten des ersten Trägers 40 platziert
ist oder sogar über
seine gezeigten Längsgrenzen
hinausbewegt ist und eine arbeitende Spannvorrichtung 28 gebildet
wird. Vorzugsweise jedoch ist der erste winklige Block 72 an
einem Punkt platziert, an dem der Verschleiß entlang dem unteren Bereich
der Träger-Lager 66,
der normalerweise in Kontakt mit den Träger-Haltekanälen 68 steht,
im We sentlichen gleichförmig
ist. Dies ist eine Funktion der Größe des Moments C, der Platzierung
und der Größe der Dämpfungskräfte G und
H, der Länge
der Träger-Lager 66,
des Reibkoeffizienten zwischen den Träger-Lagern 66 und
den Träger-Haltekanälen 68,
dem Betrag des Winkels X, des Reibkoeffizienten an dem ersten winkligen
Verbindungsteil 74 und anderer Faktoren.
-
Die
Formen der ersten Schuh-Reibanlagefläche 86 und der Laufbahn-Reibanlagefläche 88 beeinflussen
die Platzierung und die Größe der Dämpfungskräfte G und
H. Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind diese Formen
kegelstumpfförmige
verschachtelte V-Formen, und diese führen nicht nur eine Reibsteuerung
durch, um die Kräfte
G und H zu beeinflussen, sondern führen auch eine Längsausrichtungsfunktion
zwischen der Laufbahn 36 und dem ersten Schuh 76 durch.
Es können
verschiedene weitere Formen vorgesehen sein, zu denen verschachtelte
V-Formen, mehrere verschachtelte V-Formen oder kegelstumpfförmige verschachtelte
V-Formen zählen.
Auch im Wesentlichen rechteckige Formen können vorgesehen sein.
-
Zum
Zweck des Steuerns der Reibung an dem ersten winkligen Verbindungsteil 74 können verschiedene
Formen und Konturen für
die Oberflächen an
dem ersten winkligen Verbindungsteil 74 vorgesehen sein.
Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind die Flächen eben
und im Wesentlichen rechtwinklig. Eine Ausgestaltung der Flächen in Form
verschachtelter Vs oder mehrerer verschachtelter Vs ähnlich den
Arbeitsflächen
eines Keilriemens und der zugehörigen
Riemenscheibe kann vorgesehen sein, um die Reibeigenschaften an
dem ersten winkligen Verbindungsteil 74 zu steuern. Die
verschachtelten Vs können
einzeln oder in Gruppen eine Längsausrichtungsfunktion
zwischen dem ersten Riemenscheiben-Träger 40 und dem ersten
Schuh 76 ausüben.
An dem ersten winkligen Verbindungsteil 74 können verschiedene
(nicht gezeigte) Lager-Ausgestaltungen vorgesehen sein, zu denen
reibungsreduzierende Materialien, Schmierstoffe, Kugellagervorrichtungen
oder Laufrollenvorrichtungen zählen.
Es können
sogar parallele Schwenkarmvorrichtungen, die an dem ersten winkligen
Verbindungsteil 74 wirksam sind, um den ersten winkligen Block 72 von
dem ersten Schuh 76 zu trennen und dadurch die Reibung
und den Verschleiß zu
reduzieren, an geeigneten Punkten an den Seiten des ersten winkligen
Blocks 72 und des ersten Schuhs 76 vorgesehen
sein. Obwohl jeder dieser Lösungsansätze die Reibung
und den Verschleiß unter
Kontrolle hält,
werden durch sie andererseits auch die Komplexität und die Kosten in verschiedenem
Ausmaß erhöht, und ihre
Zweckmäßigkeit
richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall.
-
Falls
eine eher komplexe und kostenaufwendige Lagervorrichtung gewählt wird,
um die einfachen und wirtschaftlichen Träger-Lager 66 wie z.B. Kugellager
zu ersetzen, ist die Auswirkung der Längspositionierung des ersten
winkligen Blocks 72 weniger offensichtlich. Jedoch können die
Gesamtlebensdauer jedes gewählten
Lagers und die Reibungslosigkeit des Betriebs beeinträchtigt werden.
-
Zusammenfassend
betrachtet bilden die in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsformen
eine kompakte Zwei-Riemenscheiben-Spannvorrichtung für lineare Bewegung. Das Vorsehen
mechanischer Dämpfung
im Gegensatz zu hydraulischer Dämpfung
ermöglicht
sowohl kompakte Abmessungen und das Vermeiden der Nachteile, die
bei der Einbeziehung von Hydraulik entstehen würden. Der mechanische Dämpfungsmechanismus
ist hochentwickelt bis zum Punkt der Ermöglichung einer asymmetrischen
Dämpfung über einen
beträchtlichen
Asymmetriebereich und einer Verbesserung der Lebensdauer der gesamten
Spannvorrichtung 28 ohne komplizierte und kostenaufwendige
Lagervorrichtungen an der Grenzfläche zwischen der Laufbahn 36 und
der ersten und zweiten Riemenscheiben-Träger 40 und 42.
-
Die
Spannvorrichtung 28 ist im Zusammenhang mit einer bevorzugten
Ausführungsform
dahingehend gezeigt, dass sie eine Feder 38 aufweist, die unter
Spannung arbeitet und direkt zwischen den ersten und zweiten Federösen 80 und 81 sowie
in dem Dämpfungskanal 70 angeordnet
ist. Jedoch kann zum weiteren Reduzieren der Länge der Spannvorrichtung 28 bei denjenigen
Anwendungsfällen,
bei denen dies erforderlich ist, die Feder 38 außerhalb des
Dämpfungskanals 70 angeordnet
sein, wobei ein Kabel und eine Riemenscheibe oder ein anderer Mechanismus
zur Übertragung
der Federzugkraft von außerhalb
des Dämpfungskanals 70 in
den Dämpfungskanal 70 und
auf die ersten und zweiten bewegbaren Federösen 80 und 81 vorgesehen
sein kann. Dadurch wird ermöglicht,
dass die Länge
der Feder 38 weitgehend mit der Gesamt-Längsbemessung
der ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 übereinstimmt
und dadurch die erforderliche Länge der
Laufbahn 36 und somit der Spannvorrichtung 28 reduziert
wird.
-
Anstelle
der gezeigten Zugfeder 38 kann eine Torsionsfeder verwendet
werden, und zwar innerhalb oder außerhalb des Dämpfungskanals 70. Es
ist nur erforderlich, die Drehbewegung einer Torsionsfeder über eine
Kabelverbindung oder einen anderen bekannten Mechanismus in eine
Linearbewegung umzusetzen. Ferner können Anlagebeziehungen an der
rechten Seite des ersten Endhalteteils 44 und der linken
Seite des ersten Schuhs 76 und der linken Seite der zweiten
Endhalteteils 46 und der rechten Seite des zweiten Schuhs 77 herstellt
werden, um die Kompressionsfedern zu lagern, ohne die wesentlichen
Kräfteverhältnisse
hinsichtlich der Dämpfungs-Asymmetrie
und die Verbesserung des Verschleißmusters zu stören. Die
Kompressionsfeder kann die Zugfeder 38 entweder ersetzen
oder deren Wirkung verstärken.
Ferner kann vorgesehen sein, dass durch die Drehung der ersten und
zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 um
ihre jeweiligen Riemenscheibenachsen und das Ersetzen der Zugfeder 38 durch
eine Kompressionsfeder die ersten und zweiten Riemenscheiben 16 und 26 voneinander weg
vorgespannt werden können.
Auf diese Weise wäre
die Riemenlockerungsrichtung diejenige Richtung, in der sich die
ersten und zweiten Riemenscheiben näher zueinander hin bewegen.
Bei der Riemenspannrichtung träte
wäre dies
umgekehrt.
-
Gemäß einer
in 8 bis 10 gezeigten alternative Ausführungsform
ist ein Laufbahn-Verbindungsteil 144 vorgesehen. Bei dieser
alternativen bevorzugten Ausführungsform
weist die Laufbahn 36 erste und zweite Lauf bahnsegmente 136 und 137 auf,
die durch das Laufbahn-Verbindungsteil 144 verbunden sind.
Nachdem die ersten und zweiten Laufbahnsegmente 136 und 137 in
das Laufbahn-Verbindungsteil 144 eingeführt worden sind, wird ein Laufbahnverbindungsdeckel 148 an
Laufbahnverbindungsdeckel-Befestigungspunkten 152 platziert,
so dass die vier Einheiten in festen Positionen gehalten werden.
Das Laufbahn-Verbindungsteil 144 weist erste und zweite
festgelegte Federösen 180 und 182 auf,
mittels derer die ersten und zweiten elastischen Teile oder Federn 138 und 140 an
zweiten und dritten Federhaken 186 bzw. 188 befestigt
sind. Bei der zuvor erläuterten
bevorzugten Ausführungsform
sind die ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26 gegenseitig
durch eine einzige Feder 38 zueinander vorgespannt. Gemäß dieser
alternativen bevorzugten Ausführungsform
sind die ersten und zweiten Riemenspanner-Riemenscheiben 16 und 26 zueinander
vorgespannt, jedoch nicht gegenseitig. Mit Ausnahme dieser Modifikation
trifft die Beschreibung der vorherigen Ausführungsform hinsichtlich des
Aufbaus, der Platzierung, der Anwendbarkeit und der Arbeitsweise
auch auf diese alternative Ausführungsform
zu. Wie bei der vorherigen Ausführungsform
können
die ersten und zweiten Riemenscheiben 16 und 26 durch
Umkehr der ersten und zweiten Trägervorrichtungen 71 und 91 und
Platzieren der ersten und zweiten festgelegten Federösen 180 und 181 an
den ersten und zweiten Endhalteteilen 44 und 46 voneinander
weg vorgespannt sein.
-
Wie
oben erläutert
wurde und wie gemäß dem speziellen
Anwendungsfall im Zusammenhang mit der ersten beschriebenen bevorzugten
Ausführungsform
vorgesehen ist, bei dem der Systembetrieb vom statischen Zustand
zum Erzeugungs-Modus wechselt, nehmen sämtliche Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Stränge 34, 34', 34'' und 34''' eine größere Spannung
auf als der Motor/Generator-zu-Kurbelwellen-Strang 32.
Somit ist die Kraft, die dazu tendiert, den Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Strang 34 zu
spannen, größer als
die Kraft, die dazu tendiert, den Motor/Generator-zu-Kurbelwellen-Strang 32 zu
spannen. Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß 2 tendiert
dies dazu, die zweite Riemenscheiben- Trägervorrichtung 91 und die
zugehörige
Riemenspanner-Riemenscheibe 26 in eine Position zu zwingen,
bei der dem Kraftübertragungsriemen 30 an
dem Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Strang 34 ermöglicht wird,
den kürzestmöglichen
Weg zu nehmen. Wie gezeigt ist dies damit gleichzusetzen, dass die
zweite Riemenscheiben-Trägervorrichtung 91 die
Grenze ihres Bewegungswegs für
einen Bewegungs-Freiheitsgrad erreicht. Diese bestimmte Geometrie
bewirkt, dass die zweite Riemenspanner-Riemenscheibe 26 die
Grenze ihres Bewegungswegs in der Riemenlockerungsrichtung erreicht,
während
der Kraftübertragungsriemen 30 dennoch
umgelenkt wird, und wird somit am meisten bevorzugt. Es kann jedoch
gemäß einer
weniger bevorzugten Ausführungsform
auch vorgesehen sein, die Länge
der Laufbahn 28 derart zu bemessen, dass der Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Strang 34 straff
werden kann, ohne dass die zweite Riemenspanner-Riemenscheibe 26 das
Ende ihres Bewegungswegs erreicht. In jedem dieser Fälle hat
der Kraftübertragungsriemen 30 den
kürzestmöglichen
Weg an dem Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Strang 34 erreicht.
-
Falls
dieses Neupositionieren des Kurbelwellen-zu-Motor/Generator-Strangs 34 ohne
ein anderes entsprechendes Ereignis aufträte, würde die auf das Riemenantriebssystem 10 einwirkende
statische Spannung reduziert. Die Bewegung der zweite Riemenscheiben-Trägervorrichtung 91 übt jedoch eine
Spannung auf das elastische Teil 38 aus, die ihrerseits
die auf die erste Riemenscheiben-Trägervorrichtung 71 einwirkende
Vorspannkraft erhöht.
Dies verursacht einen entsprechenden Anstieg der von der ersten
Riemenspanner-Riemenscheibe 16 in dem Kraftübertragungsriemen 30 an
dem Motor/Generator-zu-Kurbelwellen-Strang 32 erzeugten
Spannung. Folglich bleibt die auf den Kraftübertragungsriemen 30 einwirkende
statische Spannung im Wesentlichen unverändert vom Umschalten der Modi vom
Start- zum Erzeugungs-Modus.
-
Bei
der alternativen bevorzugten Ausführungsform wird die Spannung
an dem Motor/Generator-zu-Kurbelwellen-Strang 32 durch
die unabhängige
Betätigung
des ersten elastischen Teils 138 aufrechterhalten.
-
Beim
Umschalten vom Start- in den Erzeugungs-Modus tritt die umgekehrte
Situation ein. Dies bedeutet, dass die erste Riemenspanner-Riemenscheibe 16 die
Grenze ihres Bewegungswegs in der Lockerungsrichtung erreicht. Die
auf die zweite Riemenspanner-Riemenscheibe 26 einwirkende
Spannkraft wird erhöht.
Die auf den Kraftübertragungsriemen 30 einwirkende
statische Spannung bleibt weitgehend unverändert.
-
Die
vorliegende Erfindung, die anhand der bevorzugten Ausführungsformen
ersichtlich ist, ermöglicht
eine signifikante Optimierung der Langzeit- und Kurzzeitleistung
und der Riemen-Wahl, während gleichzeitig
die Kosten und die Komplexität
beträchtlich
minimiert werden und eine verbesserte Flexibilität gegenüber den Systemen erzielt wird,
bei denen die Erfindung anwendbar ist, insbesondere bei Anwendung
mit Gen-Star-Systemen.