Zugmitteltrieb
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zugmitteltrieb, bestimmt zum Antrieb von zumindest einem Aggregat einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Zugmittel, das Laufscheiben eines Abtriebsorgans und zumindest eines An- triebsorgans verbindet. Zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels ist eine Spannvorrichtung vorgesehen, die um einen Drehpunkt schwenkbar angeordnet ist. Zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannkraft des Zugmittels ist die Spannvor chtung an einem Federmittel abgestützt.
Hintergrund der Erfindung
Zugmitteltriebe sind für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere zum Antrieb von Aggregaten, wie beispielsweise Wasserpumpe, Klimakompressor, Generator oder einer Lenkhilfspumpe vorgesehen. Als Zugmittel für einen der- artigen Aggregatetrieb ist bevorzugt ein als Endlosriemen gestaltetes Zugmittel vorgesehen. Für die Funktion der einzelnen Aggregate sowie zur Erzielung einer hohen Lebensdauer des Zugmittels wird ein schlupfarmer Antrieb gefordert. Bekannt ist dazu eine Spannvorrichtung bzw. ein Spannsystem, bei dem eine Laufrolle bzw. eine Spannrolle kraftbeaufschlagt an dem Zugmittel geführt ist. Zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels sind sowohl mechanische als auch hydraulisch wirkende Spannvorrichtungen bzw. Spannsysteme bekannt.
Das Dokument DE 196 09 420 A1 zeigt eine Spannvorrichtung mit einem mechanisch-hydraulischen Betätigungselement. Diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem zentrisch ein Zylinder angeordnet ist, zur Aufnahme eines längsverschiebbaren Kolbens. In axialer Verlängerung des Kolbens ist endsei- tig ein Befestigungsauge vorgesehen, mit dem das Hydraulikelement schwenkbar an dem Spannrollenträger befestigt ist. Ein weiteres Befestigungsauge ist an dem Gehäuse angeordnet, mit dem die Spannvorrichtung schwenkbar an der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist. Der längsverschiebbar im Zylinder eingesetzte Kolben ist federkraftbeaufschlagt und begrenzt einen Druck- räum in dem Zylinder. Eine Kolbenbewegung bewirkt einen Volumenaustausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum des Gehäuses.
Aus dem Dokument DE 68 04 829 U ist ein Zugmitteltrieb für eine Verbren- nungskraftmaschine bekannt, bei der zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels der Generator schwenkbar angeordnet ist. Dazu ist der Generator über zwei Gewindespindelhälften mit zueinander gegenläufigen Gewinden versehen, die in eine Zwischenhülse eingeschraubt sind, die entsprechende Innengewinde aufweist. Die Montage sieht vor, dass die Gewinde- hülse, zur Erzielüng einer ausreichenden Vorspannung des Zugmittels entsprechend verdreht wird, die ein Verschwenken des Generators auslöst. Anschließend beaufschlagt eine Spiralfeder das Außengehäuse der Gewindehülse und bewirkt bei einer Längung des Zugmittels eine selbsttätige Verdrehung der Gewindehülse, die eine Kompensation der Riemenlängung bewirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zu Grunde, eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb zu schaffen mit der, eine geforderte Rie- menvorspannkraft, unabhängig von Bauteiltoleranzen sowie Toleranzen des Zugmittels einstellbar ist.
Diese Problemstellung wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 ist das Federmittel der Spannvorrichtung beabstandet zu deren Drehachse angeordnet. An dem der Spannvorrichtung abgewandten Ende ist das Federmittel mit einem Stellhebel verbunden, die gemeinsam ein- schließlich der Spannvorrichtung schwenkbar sind. Bei der Montage der Spannvorrichtung werden die Bauteile, der Stellhebel, das Federmittel sowie die Spannvorrichtung in eine die Vorspannkraft des Zugmittels erhöhende Drehrichtung verdreht. Das Verschwenken des Stellhebels erfolgt bis eine Reaktionskraft des Zugmittels eine definierte Vorspannkraft des Federmittels er- reicht. Bei diesem sich einstellenden Kräftegleichgewicht erfolgt eine Lagefixierung des Stellhebels. Als Federmittel kann dabei beispielsweise ein Hydraulikelement eingesetzt werden, mit einer optischen Kontrolle der sich zueinander verschiebenden Bauteile, dem Gehäuse und dem Kolben. Der Verschiebegrad ist dabei ein Indikator der Vorspannkraft der Federmittels und gleichzeitig des Zugmittels.
Diese erfindungsgemäße Maßnahme ermöglicht die Realisierung einer geforderten konstanten Vorspannkraft des Zugmittels, unabhängig von den Bauteiltoleranzen der Verbrennungskraftmaschine, im Hinblick auf einen schlupfar- men Antrieb aller mit dem Zugmitteltrieb verbundenen Aggregate.
Über ein Federmittel, das einerseits an der Spannvorrichtung, und andererseits an dem Stellhebel angebunden ist, wird bei einem Verschwenken dieser Bauteile die mit der Spannvorrichtung in Verbindung stehende Laufrolle in den Zugmitteltrieb verlagert, wodurch das Zugmittel vorgespannt wird. Durch die für diese Anwendung vorherrschenden Hebelverhältnisse reicht der Hub üblicher Federelemente, insbesondere Hydraulikelemente alleine nicht aus, um einerseits eine einfache Zugmittelmontage und andererseits eine ausreichend hohe Vorspannung des Zugmittels zu erreichen. Zusätzlich variiert die resultierende Zugmittelspannung mit den Bauteiltoleranzen der Verbrennungskraftmaschine. Dabei können sich Toleranzkombinationen einstellen, die zu einer Variation der Anlenkpunkte des Federmittels führen, verbunden mit einer Schwankung der Vorspannung des Federmittels, was nachteilig zu einer Streuung der Vorspannkraft des Zugmittels führt.
Die Erfindung ermöglicht die Realisierung einer Spannvorrichtung bzw. eines Spannsystems mit einer über die Federrate des Federmittels exakt definierten Vorspannung des Zugmittels, unabhängig von der Toleranzlage aller unmittel- bar mit dem Zugmitteltrieb in Verbindung stehenden Bauteile, einschließlich des Zugmittels. Die eine wirksame Toleranzkompensation ermöglichende Erfindung vermeidet gleichzeitig Montagefehler, hinsichtlich einer fehlerhaften Einbaulage der Spannvorrichtung. Weiterhin vermeidet die Erfindung eine Überdehnung des Zugmittels bzw. bei einer zu geringen Vorspannung einen unzulässigen Schlupf des Zugmittels, verbunden mit einer verringerten Lebensdauer des Zugmittels.
Die Erfindung beinhaltet einen Montagevorteil, aufgrund des vergrößerten Verstellbereichs der Spannvorrichtung. Vorteilhaft schließt die Erfindung weiterhin die Möglichkeit ein, den Zugmitteltrieb auch im Betriebszustand nachzuspannen. Dazu reicht ein Lösen der Fixierschraube und ein anschließendes Verdrehen des Stellhebels in eine die Vorspannkraft des Zugmittels erhöhende Richtung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 12.
Vorzugsweise bietet es sich an, ein vorgespannbares und verriegelbares Federmittel einzusetzen. Ein solches Federmittel ermöglicht die Vorspannung des Zugmittels auf einen vorbestimmten Wert exakt einzustellen. Dabei wird die Verriegelung des Federmittels entfernt, sobald eine Reaktionskraft des Zugmittels die Kraft des vorgespannten Federmittels erreicht, d.h. sich ein Kräftegleichgewicht einstellt und der Stellhebel lagefixiert ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere zur Erzielung einer Bauteiloptimierung sieht ein schwenkbar angeordnetes, über ein Federmittel abgestütztes Aggregat vor, das gleichzeitig die Funktion der Spannvorrichtung bzw. des Spannsystems übernimmt. Dazu bietet sich insbesondere ein Startergenerator an. Insbesondere für kleinvolumige Verbrennungskraftma-
schinen, bei denen zur Bauteil- und Bauraumoptimierung die Aggregate Generator und Starter zu einem Startergenerator zusammengefasst sind, verbessert das erfindungsgemäße, ein verriegel bares Federmittel beinhaltende Konzept die Montage des Zugmittels. Der. schwenkbare Startergenerator, nimmt abhän- gig vom Betriebsmodus unterschiedliche Funktion ein. Im Startmodus dient dieses Aggregat als Abtriebsorgan und im Betriebsmodus als Generator und damit als Antriebsorgan. Vorteilhaft ist der Startergenerator so weit schwenkbar, um eine ungehinderte Montage des Zugmittels zu ermöglichen.
Aufgrund von nicht ausreichendem Bauraum an der Verbrennungskraftmaschine bzw. in dem für die Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen Bauraum des Fahrzeugs wird der Startergenerator als Spannelement eingesetzt. Dazu ist dieses Aggregat über ein Gehäuse drehbar gelagert, an dem sich gleichzeitig ein Federelement abstützt, das andererseits an einem Gehäuse der Ver- brennungskraftmaschine angeordnet ist.
Vorzugsweise bietet es sich an, ein hydraulisch wirkendes, als Hydraulikelement ausgebildetes Federmittel einzusetzen. Zur Erzielung eines vorgespannten Federmittels eignet sich bevorzugt eine Verriegelung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse, die einfach, kostengünstig darstellbar ist und einfach gelöst werden kann.
Als alternatives Federmittel kann weiterhin eine beispielsweise in einem Gehäuse geführte und mit einem Übertragungselement versehene Schraubenfe- der vorgesehen werden.
Außerdem eignet sich für den erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb ein als Feder- Dämpfungseinheit ausgebildetes Federmittel, das zur Montage vorgespannt bzw. verriegelbar ist und mit dem zusätzlich eine wirksame Schwingungs- dämpfung der Spannvorrichtung und damit des gesamten Zugmitteltriebs erreicht werden.
Als Stellhebel, über den das Federmittel an dem Gehäuse, insbesondere dem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine abgestützt ist, eignet sich be-
vorzugt ein als Kniehebel ausgebildeter Stellhebel. Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, den Stellhebel mit einer an dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine lagefixierten Grundplatte zu verbinden, wobei diese Bauteile über eine Drehachse verbunden sind.
Die Grundplatte ist vorteilhaft mit einer Einstellskala versehen, die als Indikator für die eingestellte Position des Stellhebels beim Verschwenken gegenüber der Grundplatte dient.
Weiterhin ist die Grundplatte vorteilhaft mit einer Verzahnungsstruktur versehen, deren Lage und Formgebung mit einer weiteren Verzahnungsstruktur des Stellhebels korrespondiert. Diese Maßnahme ermöglicht nach Beendigung der Einstellprozedur der Spannvorrichtung und einer Fixierung des Stellhebels, vorzugsweise mittels einer Verschraubung, eine formschlüssige Sicherung des Stellhebels an der Grundplatte.
Eine weitere Ausgestaltung des Einstellhebels bezieht sich auf eine bogenförmige, in einem Radius zu dem Drehpunkt des Einstellhebels verlaufende Ausnehmung, die für eine in die Grundplatte eingeschraubte Fixierschraube be- stimmt ist. Die Ausnehmung in Verbindung mit der Fixierschraube begrenzt den Schwenkbereich des Einstellhebels und stellt gleichzeitig eine Montagehilfe dar, indem diese Bauteile vormontiert sind.
Der Stellhebel beinhaltet außerdem eine weitere Montagehilfe in Form eines Mehrkantprofils. Das beispielsweise aus dem Stellhebel hervortretende, ausgebildete Mehrkantprofil ist für eine Werkzeugaufnahme bestimmt und ermöglicht eine vereinfachte Verstellung des Stellhebels mittels eines separaten Werkzeugs. Alternativ zu einem hervortretenden Mehrkantprofil schließt die Erfindung ebenfalls ein als Ausnehmung ausgebildetes Mehrkantprofil ein, das beispielsweise zur Aufnahme eines Innensechskantschlüssels bestimmt ist, mit dem der Stellhebel vereinfacht verstellbar ist.
Die Erfindung gemäß Anspruch 13 bezieht sich auf ein Verfahren zur Montage der Spannvorrichtung gemäß Anspruch 1, die durch folgende Schritte gekennzeichnet ist,
a) schwenkbare Befestigung der Spannvorrichtung (2) oder des die Funktion einer Spannvorrichtung ausübenden Aggregats, wie beispielsweise ein Startergenerator (3); b) Montage des Stellhebels (14, 28) an dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine oder alternativ Befestigung des Stellhebels (14) in Verbindung mit einer zugehörigen Grundplatte (16), die an der Verbrennungskraftmaschine lagefixiert ist; c) Befestigung des verriegelten, vorgespannten Federmittels einerseits an der Spannvorrichtung (2) bzw. an dem die Funktion der Spannvorrichtung ausübenden Aggregates und andererseits an dem Stellhebel; d) Auflegen des Zugmittels (4) auf alle Laufscheiben des Zugmitteltriebs (1 ) einschließlich der Laufscheibe der Spannvorrichtung (2) bzw. des die Funktion der Spannvorrichtung ausübenden Aggregates; e) Verdrehen des Stellhebels (14, 28), bis eine Reaktionskraft aus der Vorspannung des Zugmittels (4) eine Vorspannung des Federmittels (10, 30) erreicht oder diese übertrifft; f) Arretieren des Stellhebels (14, 28) mittels einer Fixierschraube (18) gegenüber der Grundplatte (16) oder einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine; g) Lösen der Verriegelung des Federmittels (10, 30).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele, abgebildet in drei Figuren, verdeutlichen die Erfindung. Es zeigen:
Figur 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Zugmitteltriebs, bei dem die Spannvorrichtung durch einen schwenkbar angeordneten Startergenerator realisiert ist;
Figur 2 den Zugmitteltrieb gemäß Figur 1 in einem Betriebszustand;
Figur 3 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung als Einzelteil in einer Perspektive.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist weitestgehend schematisch ein Zugmitteltrieb 1 abgebildet mit einer gegenständlich ausgebildeten Spannvorrichtung 2, die einen schwenkbar angeordneten Startergenerator 3 umfasst. Ein Zugmittel 4 verbindet bzw. umschlingt teilweise Laufscheiben des Abtriebsorgans 5, eine mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbundene Laufscheibe sowie unterschiedliche Antriebsorgane wie den Startergenerator 3, eine Wasserpumpe 6, einen Klimakompressor 7 sowie eine Umlenkrolle 8. Zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung und damit zur Vermeidung eines nachteiligen Schlupfes des Zugmittels 4 ist dem Zugmitteltrieb 1 die Spannvorrichtung 2, ausgebildet als schwenkbarer Startergenerator 3 zugeordnet. Dazu ist der Startergenerator 3 über einen Drehpunkt 9 schwenkbar an dem Gehäuse der Verbrennungskraft- maschine angeordnet. Beabstandet zu dem Drehpunkt 9 ist an einem Anlenk- punkt 11 des Startergenerators ein Federmittel 10 mit einem Befestigungsauge 12 gelenkig befestigt. An dem vom Befestigungsauge 12 gegenüberliegenden Ende bildet das Federmittel 10 ein weiteres Befestigungsauge, mit dem das Federmittel 10 an einem Stellhebel 14 angelenkt ist.
Der Stellhebel 14 ist um eine Schwenkachse 15 verdrehbar, wobei die Schwenkachse 15 unmittelbar eine Verbindung mit einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine herstellt oder alternativ mit einer Grundplatte 16 verbunden ist, die im Betriebszustand drehstarr angeordnet, eine Baueinheit mit dem Stellhebel 14 bildet. Radial beabstandet zu der Schwenkachse 15 sowie versetzt zu dem Befestigungsauge 13 bildet der Stellhebel 14 eine in einem Radius zu der Schwenkachse des Stellhebels 14 verlaufende Ausnehmung 17, die den maximalen Schwenkbereich des Stellhebels 14 bestimmt. Mittels der in die Ausnehmung 17 eingesetzten Fixierschraube 18 kann nach Ende der Ein-
Stellprozedur der Spannvorrichtung 2 der Stellhebel 14 gegenüber der Grundplatte 16 lagepositioniert werden. Die Grundplatte 16 ist mit einer in Richtung des Stellhebels 14 hervortretenden Verzahnungsstruktur 19 versehen, die mit einer entsprechend lagepositionierten bzw. übereinstimmend gestalteten Ver- zahnungsstruktur des Stellhebels 14 korrespondiert, zur Erzielung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Stellhebel 14 und der Grundplatte 16 in der Betriebsposition. Im Zusammenhang mit einer Verzahnungsstruktur bietet es sich an zwischen dem Stellhebel 14 und der Grundplatte 16 eine Spreizfeder anzuordnen, die eine nachteilige Beeinflussung der Einstellung durch die Verzahnungsstruktur 19 vermeidet. Außerdem kann die Verzahnungstruktur 19 als eine Einstellskala für die Position des Stellhebels 14 genutzt werden. Weiterhin ist der Stellhebel 14 mit einem Mehrkantprofil 20 für ein Verstellwerkzeug versehen, um die Einstellung, das Verschwenken des Stellhebels 14 zu vereinfachen.
Zur Montage der Spannvorrichtung 2, die einen schwenkbaren Startergenerator 3 umfasst, wird dieser zunächst über die Drehachse 9 an der Verbrennungskraftmaschine schwenkbar befestigt. Anschließend erfolgt die Befestigung des Stellhebels 14 mittels der Schwenkachse 15 an der Verbrennungs- kraftmaschine. Alternativ bietet es sich an, eine vorgefertigte Einheit, bestehend aus der Grundplatte 16 und dem Stellhebel 14, die einerseits über die Schwenkachse 15 und andererseits über die Fixierschraube 18 verbunden sind, an der Verbrennungskraftmaschine zu befestigen. Anschließend erfolgt die Montage des Federmittels 10, das auf ein definiertes den Abstand der Be- festigungsaugen 12, 13 definierendes Abstandsmaß „I" vorgespannt bzw. verriegelt ist. Das vorgespannte Federmittel 10 in Verbindung mit einer entsprechend ausgelegten Kinematik, d. h. einem Hebelverhältnis zwischen der Drehachse 9 und dem Anlenkpunkt 11 des Startergenerators 3 kann die Vorspannkraft des Zugmittels 4 unmittelbar beeinflusst werden.
Zur Einstellung des Abstandsmaßes „I" sind zwei zueinander verschiebbare Hälften, insbesondere ein Gehäuse und eine Kolbenstange des Federmittels 10 mittels eines Stiftes 21 zueinander lagefixiert. Nach erfolgter Montage des verriegelten Federmittels 10 in einer Endlage, die der Montageposition des
Stellhebels 14 entspricht, kann das Zugmittel 4, das alle Laufscheiben des Zugmitteltriebs 1 zumindest teilweise umschließt, problemlos aufgelegt werden. Anschließend wird der Stellhebel 14 vorzugsweise mittels eines an dem Mehrkantprofil 20 angreifenden Einstellwerkzeugs im Gegenuhrzeigersinn verdreht, bis eine Reaktionskraft aus der Riemenvorspannung gleich oder größer der Federkraft des verriegelten Federmittels 10 entspricht. Nach Erreichen dieses Kräftegleichgewichts wird der Stellhebel 14 mittels der Fixierschraube 18 lagepositioniert. Anschließend kann der zur Verriegelung des Federmittels 10 bestimmte Stift 21 entfernt werden, so dass im Betriebszustand das Federmittel 10 selbsttätig eine sich einstellende Längung des Zugmittels 4 kompensieren kann.
Die Figur 2 zeigt die Betriebsposition der Spannvorrichtung 2, d. h. den verschwenkten Startergenerator 3. In dieser Position ergibt sich die für die Funkti- on des Zugmitteltriebs 1 erforderliche Vorspannkraft des Zugmittels 4, der einen schlupffreien Antrieb aller Antriebsorgane sicherstellt, die mit dem Zugmitteltrieb 1 in Verbindung stehen.
In Figur 3 ist eine alternativ zu der Spannvorrichtung 2 gemäß Figur 1 ausge- bildete Spannvorrichtung 22 dargestellt. Die Spannvorrichtung 22 umfasst einen um einen Drehpunkt 24 schwenkbaren Tragkörper 23. An dem von dem Drehpunkt 24 gegenüberliegenden Endbereich ist eine drehbare Laufscheibe 25 angeordnet. Ein Anlenkpunkt 26 des Tragkörpers 23 ist für das Federmittel 30 bestimmt, das über ein erstes Befestigungsauge 27 mit dem Tragkörper 23 verbunden ist. Mit einem weiteren Befestigungsauge 28 ist das Federmittel 30 an dem Stellhebel 28 befestigt. Der Stellhebel 28 ist um die Schwenkachse 29 drehbar und übereinstimmend mit dem Stellhebel 14 gemäß Figur 1 sowohl mit einer bogenförmig gestalteten Ausnehmung 31 als auch mit einem Mehrkantprofil 32 versehen, das für ein Einstellwerkzeug bestimmt ist. Das als eine Schraubendruckfeder ausgebildete Federmittel 30 ist mittels einer separaten Halteklammer 33 in einer vorgespannten Lage verriegelbar, zur Erzielung einer Montage der Spannvorrichtung 2 wie im Zusammenhang mit Figur 1 zuvor erläutert.
Bezugszahlen
Zugmitteltrieb 27 Befestigungsauge
Spannvorrichtung 28 Stellhebel
Startergenerator 29 Schwenkachse
Zugmittel 30 Federmittel
Abtriebsorgan 31 Ausnehmung
Wasserpumpe 32 Mehrkantprofil
Klimakompressor 33 Halteklammer
Umlenkrolle
Drehachse
Federmittel
Anlenkpunkt
Befestigungsauge
Befestigungsauge
Stellhebel
Schwenkachse
Grundplatte
Ausnehmung
Fixierschraube
Verzahnungsstruktur
Mehrkantprofil
Stift
Spannvorrichtung
Tragkörper
Drehachse
Laufscheibe
Anlenkpunkt