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Technischer Hintergrund der
Erfindung
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Fachgebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft generell Riemenantriebssysteme für Zubehörteile von
Verbrennungsmotoren, wobei die Riemenantriebssysteme jeweils 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.
Speziell betrifft die Erfindung eine Konfiguration von Riemenantriebssystemen,
die jeweils einen Motor/Generator und Spannvorrichtungen aufweist.
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Beschreibung des relevanten
Standes der Technik
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Bei
Verbrennungsmotoren oder 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 je des Kraftübertragungsriemens
vorgesehen. Der Kraftübertragungsriemen,
die Riemenscheiben und die zur Erzeugung der Riemenspannung vorgesehenen
Vorrichtungen bilden das Zusatz-Riemenantriebssystem.
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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.
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Es
hat sich ein Interesse daran entwickelt, das Volumen der Motorkammern
von Kraftfahrzeugen 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 verwendeten 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.
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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
ihrer Grundform weist eine automatische Spannvorrichtung eine Rahmenstruktur,
die direkt oder indirekt mit dem Zylinderblock des Motors verbunden
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, das vorgespannt ist, 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 verwendet, welches
das bewegbare Teil zu einer Linear- oder 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.
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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 abmessungsbedingte 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.
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Ein
in Betrieb befindliches Kraftübertragungsriemen-Antriebssystem
vibriert typischerweise, was durch die Einflüsse von Torsionsvibration oder anderen
Winkelbeschleunigungen 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 Teile 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 Kurzzeitleistungsfähigkeit 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.
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Um
diese Probleme zu handhaben und somit die Leistungsfähigkeit
der Spannvorrichtungen zu erhöhen,
sind die Spannvorrichtungen mit Dämpfungsvorrichtungen versehen
worden. Frühere
gedämpfte Spannvor richtungen
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 solche 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.
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Bestimmte
Ansätze
für ein
passives Dämpfen
sind vom passivem Typ. Die bloße
Bewegungsrichtung der bewegbaren Teile erzeugt die unterschiedlichen
Dämpfungsraten.
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 die 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,
wie
2 zeigt. Gemäß einem
weiteren Ansatz, der in dem
U.S.-Patent
Nr. 5,439,420 von Meckstroth beschrieben ist, wird in Abhängigkeit
von der Bewegung Dämpfungsfluid
mit Hilfe von Ventilen durch verschiedene Öffnungen zu den bewegbaren
Teilen der Spannvorrichtung kanalisiert. Wenn sich die Spannvorrichtung
in der Spannrichtung bewegt, bewegt sich das Fluid durch eine relativ
große Öffnung oder
einen relativ großen
Kanal, die bzw. der nur einen schwachen Widerstand gegenüber der
Fluidbewegung leistet und einen nur schwachen Dämpfungseffekt hat. In der Lockerungsrichtung
bewegt sich das Fluid durch eine relativ kleine Öffnung oder einen relativ kleinen
Kanal, die bzw. der einen größeren Widerstand
und einen größeren Dämpfungseffekt erzeugt.
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Ein
weiterer Lösungsansatz
für ein
Dämpfen mittels
einer asymmetrischen Spannvorrichtung ist vom aktiven Typ und findet
sich auch in der Beschreibung des Patents '420. In '420 werden zwei aktive asymmetrische
Ausführungsformen
erläutert.
Gemäß einer
dieser Ausführungsformen
werden an einem Elektromagneten Bremsschuhe verwendet. Wenn die
Schuhe in die Angriffsposition bewegt sind, wird die Bewegung der
Spannvorrichtung in beiden Richtungen gedämpft. Ferner wirkt ein Keil
mit den Schuhen zusammen, um die Kraft zu modifizieren, mit denen
sie in die Angriffsposition gebracht werden, wenn sich die Spannvorrichtung
bewegt. Der Dämpfungseffekt
nimmt zu, wenn sich die Spannvorrichtung in der Lockerungsrichtung
bewegt, und nimmt ab, wenn sich die Spannvorrichtung in der Spannrichtung
bewegt. Gemäß einem
weiteren Lösungsansatz wird
in Verbindung mit einem Elektromagneten ein Kolben verwendet, der
einen Fluidweg modifiziert und somit die Dämpfung modifiziert. Ein weiterer
in dem Patent '420
beschriebener Lösungsansatz
für eine
Spannvorrichtung besteht in der Verwendung eines Elektromagneten ähnlich wie
bei den beiden aktiven asymmetrisch gedämpften Spannvorrichtungen,
wobei dieser Elektromagnet einen Verriegelungsfaktor aufweist, um
die Spannvorrichtung zwischen zwei Betriebsarten zu schalten. In
einer Betriebsart arbeitet die Spannvorrichtung als automatische
Spannvorrichtung. In der anderen Betriebsart sind die bewegbaren
Teile der Spannvorrichtung verriegelt, so dass die Spannvorrichtung
weitgehend in der gleichen Weise arbeitet wie die Spannvorrichtung mit
Mittenverriegelung.
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Das
Patent '420 zielt
auf die Beseitigung einer unzureichenden Leistung des Riemenantriebssystems
ab, die durch Trägheitskräfte aufgrund
der drehenden Massen von Zubehörvorrichtungs-
und Leerlaufrollen verursacht werden, wenn diese schnell abgebremst
werden. Wie dort beschrieben ist, wird, wenn eine plötzliche
Verlangsamung der Drehbewegung an der Kurbelwelle des Motors verursacht
wird, "aufgrund
der hohen Drehbewegungsträgheit
des Generators bewirkt, dass dieser sich weiter dreht und dass der
Generator die Spannvorrichtung in eine Richtung zieht, in welcher
der Riemen [der speziellen gezeigten Antriebskonfiguration] gelockert
wird ... als Ergebnis rutscht der Antriebsriemen (sic) ..."
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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.
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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 Kraftfahrzeug 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.
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Mit
der Einführung
der Gen-Star-Systeme sieht sich der Ingenieur auf dem Gebiet von
Kraftübertragungsriemen-Systemen
mit beträchtlichen neuen
Aufgaben konfrontiert. 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 Drehträgheitskräften ist, sondern
auch ein großes
Antriebs-Drehmoment in den Zusatz-Riemenantrieb einführt. Ferner
erzeugt die Vorrichtung eine hohe Antriebsdrehkraft auf intermittierender
Basis.
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Eine
Spannvorrichtungssystem, das als Lösungsansatz zum Spannen eines
Zusatz-Riemenantriebs bezeichnet wird, in dem ein Motor/Generator enthalten
ist, ist in der veröffentlichten
Japanischen Patentanmeldung
Nr. JP 1997000359071 beschrieben. In dieser Veröffentlichung
wird offenbart, eine automatische Spannvorrichtung gegen denjenigen Trum
des Riemens zu platzieren, der zu der Zeit, wenn sich der Motor/Generator
in der Start-Betriebsart befindet, der lose Trum wäre, wenn
die Spannvorrichtung nicht vorhanden wäre. Dieser Trum entspricht
demjenigen Trum, der den Riemen unmittelbar aufnimmt, nachdem der
Riemen über
die Motor/Generator-Riemenscheibe gelaufen ist, während er
sich in seiner normalen Betriebsrichtung bewegt.
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Das
beschriebene Spannsystem hat sich als nicht optimal erwiesen. Um
kurzfristig eine akzeptable Leistung zu erzielen, muss die Langzeitleistung
geopfert werden, und die Breite des Riemens, die zum Erzielen einer
adäquaten
Kurzzeitleistung verwendet werden muss, ist nicht optimal.
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Das
Deutsche Patent
DE
198 49 886 A beschreibt ein Riemenantriebssystem für eine Kraftmaschine
vom Typ mit einer Kurbelwellenriemenscheibe, einer Motor-/Generator-Riemenscheibe,
einer ersten Riemenspannvorrichtung, einer ersten Riemenspannvorrichtungs-Riemenscheibe
und einem Kraftübertragungsriemen,
der um die Kurbelwellenriemenscheibe, die Motor-/Generator-Riemenscheibe
und die erste Riemenspannvorrichtungs-Riemenscheibe geführt ist,
wobei der Kraftübertragungsriemen
Trume aufweist, die durch Abschlussbereiche nahe jeder der Riemenscheiben
definiert sind und Zwischen-Trume aufweisen, welche in Riemenbewegungsrichtung
bei normalem Betrieb an der Kurbelwellenriemenscheibe beginnen und
an der Motor-/Generator-Riemenscheibe enden und Abschlussenden aufweisen,
und die ferner einen ersten der Zwischen-Trume mit einem Kurbelwellen-Abschlussende
nahe der Kurbelwellenriemenscheibe und einen letzten der Zwischen-Trume
mit einem ersten Motor-/Generator-Abschlussende nahe der Motor-/Generator-Riemenscheibe
aufweisen, wobei der Kraftübertragungsriemen
ferner einen Schlaffseiten-Beginn-Trum aufweist, der in Riemenbewegungsrichtung
bei normalem Betrieb an der Motor-/Generator-Riemenscheibe beginnt,
wobei der Schlaffseiten-Beginn-Trum ein zweites Motor-/Generator-Abschlussende
nahe der Motor-/Generator-Riemenscheibe und ein stromabwärtiges Abschlussende
gegenüber
dem zweiten Motor-/Generator-Abschlussende aufweist, wobei bei dem
System die erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe nahe einem Abschlussende
eines Zwischen-Trums angeordnet ist, das nicht das Kurbelwellen-Abschlussende
oder das erste Motor-/Generator-Abschlussende ist, und das System
eine zweite Spannvorrichtung mit einer zweiten Spannvorrichtungs-Riemenscheibe
aufweist, die in Kontakt mit dem Kraftübertragungsriemen, jedoch nicht
nahe einem Abschlussende der Zwischen-Trume angeordnet ist; wobei
eine Vorrichtung zum Vorspannen der ersten und zweiten Spannvorrichtungen
in einer Spannrichtung des Kraftübertragungsriemens
vorgesehen ist.
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Somit
besteht weiterhin Bedarf an einem Spannsystem, das gleichzeitig
eine adäquate
Kurzzeitleistung und eine adäquate
Langzeitleistung bietet, bei dem die Breite des Riemens, die für jeden
gegebenen Anwendungsfall verwendbar ist, optimiert ist und bei dem
die Kosten und die Komplexität
begrenzt sind.
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Überblick über die Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zubehörteil-Riemenantriebssystem
mit einer Konfiguration zu schaffen, mittels derer die Kombination
aus Kurzzeitleistung und Langzeitleistung verbessert wird und die
Riemen-Wahl optimiert wird.
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Diese
Aufgabe wird mittels eines Riemenantriebssystems mit den Merkmalen
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
asymmetrischer Spannvorrichtungen in Verbindung mit einer Konfiguration,
mittels derer die Kurzzeitleistung, die Langzeitleistung und die
Riemen-Wahl weiter optimiert werden.
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Die
vorliegende Erfindung hat auch die Aufgabe der Schaffung von Spannvorrichtungen,
die einen Verriegelungsfaktor in Verbindung mit einer Konfiguration
aufweist, mittels derer die Kurzzeitleistung, die Langzeitleistung
und die Riemen-Wahl weiter optimiert werden.
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Zur
Lösung
der vorstehenden sowie weiterer Aufgaben entsprechend den Zwecken
der vorliegenden Erfindung, wie hier dargelegt und detailliert beschrieben,
wird hier ein Zusatz-Antriebssystem mit einem Motor/Generator offenbart.
Die Erfindung besteht in einem verbesserten Riemenantriebssystem und
-verfahren für
eine Kraftmaschine. Die Kraftmaschine ist vom Typ mit einer Kurbelwellenriemenscheibe,
einer Zusatzteil-Riemenscheibe, einer Motor-/Generator-Riemenscheibe,
einer ersten Riemenspannvorrichtung, einer ersten Riemenspannvorrichtungs-Riemenscheibe
und einem Kraftübertragungsriemen,
der um die Kurbelwellenriemenscheibe, Zusatzteil-Riemenscheibe,
die Motor-/Generator-Riemenscheibe und die erste Riemenspannvorrichtungs-Riemenscheibe
geführt
ist. Der Kraftübertragungsriemen
weist Trume auf, die durch Abschlussbereiche nahe jeder der Rie menscheiben
definiert sind. Zu diesen Trumen gehören Zwischen-Trume, die in
Riemenbewegungsrichtung bei normalem Betrieb an der Kurbelwellenriemenscheibe
beginnen und an der Motor-/Generator-Riemenscheibe enden.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Zusatz-Riemenantriebssystems 10 ist in 1 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 erste Spannvorrichtung 26, eine erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28, eine
zweite Spannvorrichtung 27, eine zweite Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 29 und
einen Kraftübertragungsriemen 30 auf.
Diejenigen Teile des Kraftübertragungsriemens 30,
die andernfalls die erste Spannvorrichtung 26 und die zweite
Spannvorrichtung 27 verdecken würden, sind nicht abgebildet.
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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. Die hier gezeigte
Kombination ist serpentinenartig. 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.
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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 derjenigen
der Riemenbewegung. Bei einer stromaufwärtigen Bewegung handelt es
sich um eine Bewegung in Gegenrichtung zur Riemenbewegung.
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Bei
stromabwärtiger
Bewegung mit Beginn an der Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 deckt
ein erster Zwischen-Trum 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 Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 und
dem Kraftübertragungsriemen 30 endet.
Ein letzter Zwischen-Trum 34 deckt die Strecke ab, die
an dem letzten Kontaktpunkt zwischen der Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 und
dem Kraftübertragungsriemen 30 beginnt
und an dem ersten Kontaktpunkt zwischen der Motor/Generator-Riemenscheibe 14 und
dem Kraftübertragungsriemen 30 endet.
Falls Riemenscheiben hinzugefügt
würden,
die den ersten Zwischen-Trum 32 oder den letzten Zwischen-Trum 34 kontaktieren, würden daraus
weitere Zwischen-Trume resultieren. Ferner deckt ein Schlaffseiten-Beginn-Trum 36 den Abstand
zwischen dem Kontaktpunkt mit der Motor/Generator-Riemenscheibe 14 und
Kontaktpunkt mit der zweiten Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 29 ab.
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Die
Richtung des Drehmoments an der Motor-/Generator-Riemenscheibe 14 und
an der Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 wird in Abhängigkeit
vom Betriebszustand des Zusatz-Riemenantriebssystems 10 umgekehrt,
wie durch die mit "Start" und "Erzeugung" 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-/Gene rator-Riemenscheibe 14 verbrauchen das Antriebs-Drehmoment,
wobei durch die erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 16 und
die zweite Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 29 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 Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 und
die zweite Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 29 ein nur geringer
Verbrauch erfolgt.
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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. Die statische Spannung ist das Resultat
der Kraft, die von der ersten Spannvorrichtung 26 über die
erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 oder von der zweiten
Spannvorrichtung 27 über
die zweite Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 29 auf den Kraftübertragungsriemen 30 aufgebracht
wird, was dazu tendiert, die Strecke zu verlängern, über die der Kraftübertragungsriemen 30 sich
um sämtliche
Riemenscheiben herum zu bewegen gezwungen wird. Normalerweise, und
wie noch detailliert beschrieben wird, erzeugt entweder die erste
Spannvorrichtung 26 oder die zweite Spannvorrichtung 27 eine
statische Spannung je nach der Betriebsart des Zusatz-Riemenantriebssystems 10. Falls
sich jedoch das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 in einem
nichtlaufenden Zustand befände
und auch das Dämpfen
der ersten und zweiten Spannvorrichtung 26 bzw. 27 aufgrund
der Konfiguration oder der Zeit nicht bestünde, und die ersten und zweiten Spannvorrichtungen 26 und 27 hinsichtlich
der Spannkraft, die jede von ihnen erzeugen könnte, zweckdienlich gut ausgeglichen
wären,
dann wäre das
Quantum an statischer Spannung das Ergebnis der Spannung, die von
den ersten und zweiten Spannvorrichtungen 26 und 27 unter
dem Streben nach einem Punkt gleicher Spannung zugeführt würde. Wenn
jedoch ein Drehmoment zugeführt
wird und von den verschiedenen Riemenscheiben des Zusatz-Riemenantriebssystems 10 verbraucht
wird, wie z. B. während des
Betriebs des Zusatz-Riemenantriebssystems 10, wird die
Spannung in jedem Trum modifiziert.
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Bei
dem herkömmlichen
oder Erzeugungs-Modus führen
die Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 und Straffseiten-Erzeugungs-Trum 38 das
Antriebs-Drehmoment zu, wobei dieser Trum der Trum mit der größten Spannung
ist. An jedem stromaufwärts
von dem Straffseiten-Erzeugungs-Trum 38 gelegenen Trum
wird die Spannung an dem Kraftübertragungsriemen 30 durch
den Effekt jeder drehmomentverbrauchenden Riemenscheibe, die dem
Trum unmittelbar vorausgeht, reduziert. An der Motor-/Generator-Riemenscheibe 14 liegt
in den meisten Fällen
die größte Last
an. Dementsprechend tritt die größte Differenz
in der Spannung aufgrund der Belastung normalerweise bei der Bewegung
von dem Schlaffseiten-Beginn-Trum 36 zu dem letzten Zwischen-Trum 34 auf.
Insgesamt setzt sich der Trend bis zu dem Punkt fort, an dem der
erste Zwischen-Trum 32 am Ende der Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 die
geringste Spannung hat.
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In
dem Start-Modus führt
bei den hier gezeigten Ausführungsformen
der Motor/Generator 12 das Antriebs-Drehmoment zu. Der
letzte Zwischendrum 34 wird der Trum mit der größten Spannung.
Der erste Zwischendrum 32 ist in seiner Spannung nur leicht reduziert,
was aufgrund der kleinen Last der Fall ist, die an der ersten Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 vorhanden
ist. Anders als bei dem Erzeugungs-Modus weist die Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 die
größte Last
auf. Dementsprechend besteht die größte Spannungsdifferenz aufgrund
der Last zwischen dem ersten Zwischen-Trum 32 und dem Straffseiten-Erzeugungs-Trum 38.
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.
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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 beeinflussen die Riemen-Breite und die Typ-Wahl die Betriebslebensdauer.
Zudem besteht eine gegenseitige Zusammenwirkung zwischen diese beiden
grundlegenden konzeptionellen Erwägungen.
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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.
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Antriebsysteme,
die einen Motor/Generator aufweisen, sind mit neuen und schwierigen
Limitationen behaftet und haben sich deshalb 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.
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Durch
die Ausgestaltung der gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 in
bestimmten Anwendungsfällen
für die
Kombination der Modi beträchtlich
optimiert, insbesondere bei Kopplung mit den ersten und zweiten
Spannvorrichtungen 26 und 27 der in 2 gezeigten
Ausgestaltung und Konfiguration. Da die erste Spannvorrichtung 26 in
ihrer Ausgestaltung und Konfiguration der zweiten Spannvorrichtung 27 gleicht,
ist in 2 nur die erste Spannvorrichtung 26 gezeigt.
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Die
erste Spannvorrichtung 26 weist eine erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28,
einen Haupt-Schwenkstift 40, einen Dämpfer-Schwenkstift 42, einen Dämpferarm 44,
einen Dämpferschuh 46, einen
Dämpferlauf 48 ,
eine Vorspannfeder 50, Ratschenzähne 52, eine Klaue 54,
einen Kolben 58, einen Elektromagneten 60 und
Leiter 62 auf. Die erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28,
der Dämpferlauf 48,
die Ratschenzähne 52,
die Vorspannfeder 50 und der Haupt-Schwenkstift 40 sind
von einem Spannvorrichtungsrahmen 64 gehalten. Die Vorspannfeder 50 ist
bei dieser Ausführungsform
eine Stahlfeder. Es können
auch andere elastische Teile, einschließlich elastomerer oder pneumatischer
Teile, zur Erzeugung einer Vorspannung mit Federungsrate verwendet
werden. Es wird ersichtlich sein, dass die erste Spannvorrichtung 26 zwischen
dem ersten Zwischen-Trum 32 und
dem letzten Zwischen-Trum 34 platziert ist. Die zweite
Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 29 ist an dem Ende des
Schlaffseiten-Beginn-Trums 36 platziert,
das dessen an der Motor/Generator-Riemenscheibe 14 gelegenen
Ende gegenüberliegt.
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Wenn
das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 in der Erzeugungs-Betriebsart
oder Start-Betriebsart betrieben werden soll, detektiert der Betriebsart-Sensor 66 (6)
das Vorhandensein der bestimmten Betriebsart. Der Betriebsart-Sensor
kann ein separater elektrischer Schalter oder eine separate elektrische
Relaisvorrichtung sein, die jedes Mal betätigt wird, wenn der Motor/Generator 12 elektrische
Energie zum Starten des Zusatz-Riemenantriebssystems 10 erhält, oder
er kann Teil eines Kraftfahrzeug- Zündschalters
sein. Der Betriebsart-Sensor 66 findet sich üblicherweise
in einer Steuervorrichtung für
den Motor/Generator. Das Signal, das von dem Betriebsart-Sensor 66 erzeugt
wird, wird an den Signalprozessor 68 übermittelt, bei dem es sich
um eine von verschiedenen elektrischen Schaltungen handeln kann,
um das Signal zu verarbeiten und es kompatibel mit den ersten und
zweiten Betätigungsteilen 70 und 71 zu
machen. Die Elemente dieses Signalwegs und der zugehörigen Komponenten,
der Betriebsart-Sensor 66, der Signalprozessor 68 und
die ersten und zweiten Betätigungsteile 70 und 71 sind
Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet bekannt. Die ersten und zweiten
Betätigungsteile 70 und 71 weisen bei
dieser bevorzugten Ausführungsform
einen mit einem Kolben 58 und Leitern 62 versehenen
Elektromagneten 60 für
jedes der ersten und zweiten Betätigungsteile 70 und 71 auf.
Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform
die Verwendung von elektrischen Signalen, Sensoren, Prozessoren
und Betätigungsteilen
vorgesehen ist, können
auch mechanische, hydraulische und pneumatische Signale, Sensoren,
Prozessoren und Betätigungsteile
vorgesehen sein.
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Wenn
ein Signal an den Elektromagneten 60 ausgegeben wird, wird
es über
die Leiter 62 übermittelt.
Der Elektromagnet reagiert auf das Signal durch Aufwärtsbewegen
des Kolbens 58, wodurch die Klaue 56 veranlasst
wird, sich um den Klauen-Schwenkstift 56 zu dem Punkt zu
bewegen, an dem die Klaue 54 mit den Ratschenzähnen 52 zusammengreift.
In dieser Konfiguration können
die ersten oder die zweiten erste Spannvorrichtungs-Riemenscheiben 28 oder 29 eine
Ratschenbewegung in der Spannrichtung durchführen, jedoch ist jede von ihnen
gegenüber
einer Bewegung in der Lockerungsrichtung eingeschränkt oder
verriegelt.
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In
der Erzeugungs-Betriebsart führen
das erste Zwischen-Trum 32 und das letzte Zwischen-Trum 34 die
schwächste
Spannung. Dem ersten Betätigungsteil 70 wird
kein Signal zugeführt. Folglich
sind die Klaue 58 und die Ratschenzähne 52 voneinander
ausgerückt,
wie gezeigt ist. Somit wirkt die erste Spannvorrichtung 26 dahingehend,
dass sie die statische Spannung für das gesamte Zusatz-Riemenantriebssystem 10 stromabwärts der Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 und
stromaufwärts
der Motor/Generator-Riemenscheibe 14 platziert.
Die Vorspannfeder 50 wirkt zum Vorspannen der ersten Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28.
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Wenn
der Zustand des Kraftübertragungsriemens 30 dies
zulässt,
bewirkt die Vorspannfeder 50 eine Verlängerung der von der Vorspannfeder 50 überbrückten Distanz.
Dadurch wiederum dreht sich die von dem Spannvorrichtungsrahmen 64 gehaltene erste
Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 im Uhrzeigersinn und
in der Spannrichtung um den Haupt-Drehstift 40, wie in 2 gezeigt.
Die Vorspannfeder 50 bewirkt, dass der Dämpferarm 44 den Dämpferschuh 46 gegen
den Dämpferlauf 48 drückt. Gleichzeitig
bewirkt die im Uhrzeigersinn erfolgende Bewegung in Verbindung mit
der geometrischen Beziehung zwischen dem Haupt-Schwenkstift und
dem Dämpfer-Schwenkstift,
das sich der Dämpferlauf 48 im
Uhrzeigersinn unter den Dämpferschuh 46 bewegt,
wodurch eine Dämpfungsreibung
erzeugt wird. Die Dämpfungsreibung
tendiert dazu, die Vorspannung zu reduzieren, welche die erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 auf
den Kraftübertragungsriemen 30 ausübt. Die
im Uhrzeigersinn erfolgende Bewegung und die gegenseitige Beziehung
der Schwenkstifte 40 und 42 tendieren jedoch dazu,
die Kraft des Zusammengriffs zwischen dem Schuh 46 und
dem Lauf 48 zu reduzieren. Somit nimmt die Dämpfungsreibung
ab, wenn sich die erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 in
der Spannrichtung dreht.
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Wenn
der Zustand des Kraftübertragungsriemens 30 die
erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 zur Drehung in
der Lockerungsrichtung zwingt, da die von der Vorspannfeder 50 erzeugte
Kraft überwunden
wird, tendieren die im Gegenuhrzeigersinn erfolgende Bewegung und
die gegenseitige Beziehung der Schwenkstifte 40 und 42 dazu,
die Kraft des Zusammengriffs zwischen dem Schuh 46 und
dem Lauf 48 zu vergrößern. Somit
wird die Dämpfungsreibung
verstärkt,
wenn sich die Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 in der
Lockerungsrichtung dreht. Die Dämpfungsreibung
tendiert dazu, die Vorspannung zu vergrößern, welche die erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 auf
den Kraftübertragungsriemen 30 ausübt.
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Entsprechend
wird ein Signal an das zweite Betätigungsteil 71 ausgegeben.
Das dem Elektromagneten 60 zugeführte Signal wird über die
Leiter 62 übermittelt.
Der Elektromagnet 60 reagiert auf das Signal, indem er
den Kolben 58 aufwärtsbewegt
und dadurch die Klaue 54 zur Drehung um den Klauen-Drehpunkt 56 zwingt
sowie die Klaue 54 in Eingriff mit den Ratschenzähnen 52 bringt.
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Die
zweite Spannvorrichtung 27 arbeitet als aktive asymmetrische
Spannvorrichtung. Wenn sie in dieser Weise mit diesem Verriegelungsfaktor
konfiguriert ist, kann die zweite Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 29 eine
Ratschenbewegung in der Spannrichtung durchführen, ist jedoch gegenüber einer
Bewegung in der Lockerungsrichtung eingeschränkt oder verriegelt. Ohne die
Betätigung
des Betätigungsteils 71 würde die
Spannvorrichtung 27 bis an die Grenzen ihres Bewegungswegs
gezwungen und zulassen, dass der Kraftübertragungsriemen 30 entlang
des Wegs der kürzestmöglichen
Distanz herumgeführt
würde.
Die Zeit, die der Kraftübertragungsriemen 30 benötigen würde, um
diesen neuen Weg einzunehmen, würde
von dem Maß der
Dämpfungsreibung
abhängen,
das von der Kombination aus Dämpfungsschuh 46 und
Dämpfungslauf 48 aufgebracht wird.
Falls eine unterschiedliche Dämpfungskonfiguration
verwendet würde,
wie noch erläutert
wird, dann wäre
die Zeit abhängig
von dem Maß der
Dämpfung, das
von der angewandten Kombination erzeugt würde.
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Das
Zusammengreifen der Klaue 54 mit den Zähnen 52 hält jedoch
die zweite Spannvorrichtung 27 zurück, die ihrerseits den Kraftübertragungsriemen 30 auf
dem Weg zurückhält, auf
dem er unmittelbar vor dem Zeitpunkt herumgeführt wurde, an dem das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 in
die Erzeugungs-Betriebsart versetzt wurde. Dementsprechend nimmt
die auf das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 einwirkende
Spannung nicht wesentlich ab, wenn die Betriebsart umgeschaltet
wird. Diese Konfiguration und das asymmetrische Dämpfen leisten
einen wesentlichen Beitrag zur Optimierung des Zusatz-Riemenantriebssystems 10,
wenn dieses in der Erzeugungs-Betriebsart arbeitet.
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Wenn
das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 in der Start-Betriebsart
betätigt
werden soll, detektiert der Betriebsart-Sensor 66 (6)
das Vorhandensein der Start-Betriebsart. Ein Signal wird an das erste
Betätigungsteil 70,
jedoch nicht an das zweite Betätigungsteil 71 ausgegeben.
In dieser Konfiguration kann die erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 eine
Ratschenbewegung in der Spannrichtung durchführen, ist jedoch gegenüber einer
Bewegung in der Lockerungsrichtung eingeschränkt oder verriegelt. Die zweite
Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 27 verhält sich nun in der gleichen
Weise, die oben für
die erste Spannvorrichtungs-Riemenscheibe 28 in der Erzeugungs-Betriebsart
beschrieben wurde.
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Wie
oben beschrieben wird der letzte Zwischen-Trum 34 der Trum
mit der größten Spannung, wenn
sich das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 in der Start-Betriebsart
befindet. Der Schlaffseiten-Beginn-Trum 36 wird der Trum
mit der niedrigsten Spannung. Ohne die Betätigung des Betätigungsteils 70 würde die
erste Spannvorrichtung 26 bis an die Grenzen ihres Bewegungswegs
gezwungen und zulassen, dass der Kraftübertragungsriemen 30 entlang des
Wegs der kürzestmöglichen
Distanz herumgeführt
würde.
Die Zeit, die der Kraftübertragungsriemen 30 benötigen würde, um
diesen neuen Weg einzunehmen, würde
von dem Maß der
Dämpfungsreibung
abhängen,
das von der Kombination aus Dämpfungsschuh 46 und
Dämpfungslauf 48 aufgebracht wird.
Falls eine unterschiedliche Dämpfungskonfiguration
verwendet würde,
wie noch erläutert
wird, dann wäre
die Zeit abhängig
von dem Maß der
Dämpfung, das
von der angewandten Kombination erzeugt würde.
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Das
Zusammengreifen der Klaue 54 mit den Zähnen 52 hält jedoch
die erste Spannvorrichtung 28 zurück, die ihrerseits den Kraftübertragungsriemen 30 auf
dem Weg zurückhält, auf
dem er unmittelbar vor dem Zeit punkt herumgeführt war, an dem das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 in
die Start-Betriebsart versetzt wurde. Dementsprechend nimmt die
auf das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 einwirkende Spannung
nicht wesentlich ab, wenn die Betriebsart umgeschaltet wird. Wichtigerweise
erlaubt dies über die
Federungsrate der Vorspannfeder 50 und die Gesamtgeometrie
der erste Spannvorrichtung 26 die Wahl einer statischen
Spannung, die beträchtlich niedriger
ist als diejenige, die von den bislang verfügbaren Konfigurationen ermöglicht wurde,
und zwar ohne übermäßige Beeinträchtigung
der Kurzzeitleistung.
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Wenn
die Betriebsart von der Start- auf die Erzeugungs-Betriebsart umgeschaltet
wird, wird das Betätigungsteil 70 deaktiviert,
und das Betätigungsteil 71 wird
aktiviert. Dies erlaubt der Klaue 54, aus den Ratschenzähnen der
ersten Spannvorrichtung 26 auszurücken und in die Ratschenzähne der
zweiten Spannvorrichtung 27 einzugreifen, und erlaubt ferner
der ersten Spannvorrichtung 26 und der zweiten Spannvorrichtung 27,
in die oben beschriebene Erzeugungs-Betriebsart zurückzukehren.
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Die
Aktivierung der ersten und zweiten Betätigungsteile 70 und 71 kann
direkt auf dem vom Betriebsart-Sensor 66 übermittelten
Eingangssignal oder auf zusätzlichen
Parametern basieren, die in dem Signalprozessor 68 vorhanden
sind. Beispielsweise kann die Zeitverzögerung derart in den Betrieb des
Signalprozessors 68 eingebaut sein, dass die ersten oder
zweiten Betätigungsteile 70 oder 71 während einer
gesetzten Zeitdauer aktiv bleiben, nachdem der Betriebsart-Sensor 66 angezeigt
hat, dass die Betriebsart umgeschaltet worden ist. Ferner lässt sich
ein Vorteil darin sehen, nach einer gesetzten Zeitperiode das erste
Betätigungsteil 70 oder
das zweite Betätigungsteil 71 unabhängig davon
zu deaktivieren, wann der Betriebsart-Sensor 66 ein Schalten
der Betriebsart signalisiert. Ferner kann der Betriebsart-Sensor 66 die
Motordrehzahl, den Motorverteilerdruck, das Drehmoment an der Kurbelwellen-Riemenscheibe 24 oder
das Drehmoment an der Motor/Generator-Riemenscheibe 14 detektieren,
um ein Schalten der Betriebsarten festzustellen.
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Eine
alternative bevorzugte Ausführungsform
ist in 3 gezeigt. Diese Ausführungsform gleicht der vorherigen
Ausführungsform
mit Ausnahme der ersten und zweiten alternativen Spannvorrichtungen 126 und 127 einschließlich der
ersten und zweiten Befestigungsplatten 128 und 129,
der ersten und zweiten Dämpfungsmodule 130 und 131,
der ersten und zweiten Haupt-Schwenkstifte 140 und 141,
und der ersten und zweiten bewegbaren Teile 164 und 165.
Es ist gezeigt, dass die ersten und zweiten Haupt-Schwenkstifte 140 und 141 axial
versetzt sind. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die ersten
und zweiten Haupt-Schwenkstifte 140 und 141 koaxial
sind. Es sollte ersichtlich sein, dass die Orientierung der ersten
und zweiten bewegbaren Spannvorrichtungs-Teile 164 und 165 unter dem
Aspekt, welches von ihnen nach vorne weist, umgekehrt ist, damit
die ersten und zweiten Spannvorrichtungs-Riemenscheiben 28 und 29 auf
der gezeigten Riemenebene bleiben können.
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Die
ersten und zweiten Dämpfungsmodule 130 und 131 sind
von gleicher Ausgestaltung und Konstruktion. Deshalb wird in 4 nur
das erste Dämpfungsmodul 130 detaillierter
gezeigt. Das Dämpfungsmodul 130 weist
einen Zylinder 132, einen Kolben 134, ein Umgehungsrohr 136,
eine Magnetwicklung 138, eine Verbindungsstange 142,
einen Verbindungsstift 144, einen Körper 146 und Leiter 162 auf.
Der Zylinder 132 und das Umgehungsrohr 136 sind
mit einem rheologischen Fluid 133 gefüllt. Bei dieser Ausführungsform
ist das rheologische Fluid vom magnetorheologischer Typ.
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Die
ersten und zweiten Spannvorrichtungen 126 und 127 weisen
(nicht gezeigte) elastische Teile auf, welche die ersten und zweiten
bewegbaren Teile 164 bzw. 165 im Gegenuhrzeigersinn
in der Spannrichtung vorspannen. Bei den elastischen Teilen kann es
sich um Torsionsfedern, Konvolut-Federn oder um ein Teil aus einer
Anzahl weiterer drehmomenterzeugender elastischer Teile handeln.
Ferner kann es sich bei ihnen um Hebelarme handeln, auf welche die
linearen elastischen Teile einwirken, um ein Drehmoment zu erzeugen.
Eine Bewegung des ersten bewegbaren Teils 164 um den ersten
Haupt-Schwenkstift 140 wird mechanisch auf die Verbindungsstange 142 übertragen.
Die Bewegung der Verbindungsstange 142 bewirkt eine Bewegung
des Kolbens 134 in dem Zylinder 132, so dass rheologisches
Fluid 133 dazu gezwungen wird, sich über das Umgehungsrohr 136 von
dem Zylinder 132 an einer Seite des Kolbens 134 zu
dem Zylinder 132 an der anderen Seite des Kolbens 134 zu
bewegen. Dies bewirkt, dass sich rheologisches Fluid durch den Kern
der magnetischen Wicklung 138 bewegt. Durch die Aktivierung der
magnetischen Wicklung 138 über die Leiter 162 wird
ein Magnetfeld auf das magnetorheologische Fluid 133 aufgebracht
und folglich die Viskosität
des magnetorheologischen Fluids 133 erhöht.
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Wenn
die magnetische Wicklung 138 nicht aktiviert ist, läuft das
rheologische Fluid 133 relativ ungehindert durch das Umgehungsrohr
hindurch. Somit ist die Bewegung der Spannvorrichtung 126 relativ
frei von Dämpfung.
Wenn jedoch die Wicklung 138 aktiviert wird, bewirkt der
resultierende Anstieg der Viskosität des rheologischen Fluids 133 eine
Beschränkung
des Durchstroms des rheologischen Fluids 133 durch das
Umgehungsrohr 136. Es besteht eine direkte Beziehung zwischen
der Intensität
des auf das rheologische Fluid 133 aufgebrachten Felds und
der resultierenden Viskosität
des Fluids. Je nach der für
das Umgehungsrohr 136 gewählten Größe und Form kann die Dämpfung bis
zu dem Punkt erhöht
werden, an dem die ersten und zweiten Spannvorrichtungen 126 oder 127 im
Wesentlichen in Position verriegelt sind.
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Der
in 6 gezeigte Signalweg betrifft auch diese Ausführungsform.
Diese Ausführungsform
erlaubt eine zusätzliche
Flexibilität
in Bezug darauf, wie, wann in welchem Maß ein Dämpfungseffekt auf die ersten
und zweiten Spannvorrichtungen 126 und 127 ausgeübt wird.
Die Wahl des Betriebsart-Sensors 66 und die Handhabung
der Logik in dem Signalprozessor 66 ermöglichen eine Feinabstimmung der
Dämpfung
der ersten und zweiten Spannvorrichtungen 126 oder 127.
Beispielsweise kann der Dämpfungseffekt
derart gewählt
werden, dass er auf einem sehr hohen Niveau liegt, wel ches jedoch
niedriger ist als dasjenige, das erforderlich ist, um unmittelbar
nach dem Schalten der Betriebsart des Zusatz-Riemenantriebssystems 10 die
ersten und zweiten Spannvorrichtungen 126 oder 127 Position
zu verriegeln. Die ersten und zweiten Spannvorrichtungen 126 oder 127 hätten somit
die Möglichkeit,
auf die Betriebsartänderung
durch eine leichte Entspannung in Lockerungsrichtung zu reagieren.
Anschließend
kann nach einer kurzen Periode die Dämpfung verstärkt werden,
um während
der Zeitdauer, während
derer sich das Zusatz-Riemenantriebssystem 10 in der bestimmten
Betriebsart befindet, die ersten und zweiten Spannvorrichtungen 126 und 127 in
der neuen Position zu verriegeln. Ferner kann der Betriebsart-Sensor 66 die
Aktivität
oder Position der ersten und zweiten Spannvorrichtungen 126 und 127 überwachen.
Diese Information kann von dem Signalprozessor verarbeitet werden,
um die ersten und zweiten Spannvorrichtungen 126 und 127 auf
intelligente Weise zu dämpfen
oder zu verriegeln, um eine Oszillation oder Vibration des Zusatz-Riemenantriebssystems 10 aufzunehmen
oder den Ratscheneffekt der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
zu imitieren.
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Das
rheologische Fluid kann auch vom elektrorheologischen Typ sein.
In diesem Fall ersetzen (nicht gezeigte) elektrostatische Platten
die magnetische Windung 138. Die generelle Arbeitsweise
und die generellen Beziehungen bleiben die gleichen. Ferner kann
die Ratschenbewegungs-Anordnung der zuerst beschriebenen bevorzugten
Ausführungsform,
welche die Ratschenzähne 52,
die Klaue 54, den Kolben 58, den Elektromagneten 60 und
die Leiter 62 aufweist, in die ersten oder zweiten Spannvorrichtungen 126 oder 127 einbezogen
werden, indem die Zähne 52 an
den ersten oder zweiten bewegbaren Teilen 164 oder 165 befestigt
werden und die übrigen
Teile jeweils stationär
befestigt werden.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform, die
sich speziell auf das Dämpfungsmodul
bezieht. Hier ist das rheologische Fluid 133 durch Hydraulikfluid 156 ersetzt.
Folglich sind die magnetische Wicklung 138, das Umgehungsrohr 136 und
die Leiter 162 nicht vorhanden. Wenn sich bei dieser Ausführungsform
die erste oder zweite Spannvorrichtung 126 oder 127 in
der Spannrichtung bewegt, wird Hydraulikfluid 156 zwangsweise
aus dem unteren Teil des Zylinders 132 in den Hauptdurchlass 154,
an der Rückschlagkugel 148 vorbei
und in den oberen Teil des Zylinders 132 bewegt. Da der
Hauptdurchlass 154 relativ groß ist, wird in der Spannrichtung
des Betriebs nur wenig Dämpfung
erzeugt. Wenn sich die erste oder die zweite Spannvorrichtung 126 oder 127 in
der Lockerungsrichtung bewegt, wird Hydraulikfluid 156 aus
dem oberen Teil des Zylinders 132 in den kleineren Durchlass 150,
in den unteren Teil des Hauptdurchlasses 154 und dann in
den unteren Teil des Zylinders 132 bewegt. Der kleinere
Durchlass 150 ist relativ schmal. Somit erfolgt in dieser
Betriebsrichtung der ersten oder zweiten Spannvorrichtungen 126 oder 127 eine
beträchtliche
Dämpfung. Der
Steuerkolben 152 ist als im Wesentlichen zurückgezogen
gezeigt. Falls ein Betätigungsteil ähnlich dem
in 2 gezeigten einbezogen ist, kann der Steuerkolben 152 selektiv
ausgefahren oder zurückgezogen
werden. In der unmittelbar vorausgehenden Beschreibung des Betriebs
wird angenommen, dass der Steuerkolben 152 voll zurückgezogen
ist. Falls der Steuerkolben 152 voll ausgefahren ist, kann
sich die erste oder zweite Spannvorrichtung 126 oder 127 immer
noch mit minimaler Dämpfung
in der Spannrichtung bewegen. Der kleinere Durchlass 150 wird jedoch
blockiert, so dass die ersten und zweiten Spannvorrichtungen 126 oder 127 gegen
eine Bewegung in der Lockerungsrichtung verriegelt werden. Bei dieser
Ausbildungsform wird die gleiche Flexibilität der Dämpfung in der Lockerungsrichtung
wie bei der Ausführungsform
gemäß 4 erzielt.
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Es
kann auch eine weitere Ausführungsform ähnlich derjenigen
gemäß 2 vorgesehen
sein. Die Ratschenzähne 52 und
die passenden Zähne
der Klaue 54 können
jeweils durch eine Form von Zähnen
ersetzt werden, die im Gegensatz zu der gezeigten Sägezahnkonfiguration
geradlinig verlaufen. Durch Betätigung
wird dann die erste oder zweite Spannvorrichtung 126 oder 127 in
der Spann- und Lockerungsrichtung verriegelt. Ein Ratscheneffekt
ist nicht verfügbar.
Ferner können
sämtliche
dieser Zähne
durch entsprechende Bremsflächen
ersetzt werden. Dies ermöglicht
eine weitreichende Steuerung des von der ersten oder zweiten Spannvorrichtung 126 oder 127 erzeugten
Dämpfungseffekts,
ohne dass die Dämpfung
bis zu dem Punkt der Verriegelung gebracht wird.
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Mit
der vorliegenden Erfindung, die durch die beschriebenen Ausführungsformen
realisiert ist, wird eine signifikante Optimierung der Langzeit- und Kurzzeitleistung
erzielt, während
gleichzeitig die Kosten und die Komplexität wesentlich minimiert werden.