DE10057818A1

DE10057818A1 - Zugmitteltrieb für einen Startergenerator

Info

Publication number: DE10057818A1
Application number: DE2000157818
Authority: DE
Inventors: Manfred Bonkowski; Michael Bogner
Original assignee: ContiTech Antriebssysteme GmbH; INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG; ContiTech Antriebssysteme GmbH
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2002-05-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zugmitteltrieb (1) bestimmt für einen Antrieb von Aggregaten einer Brennkraftmaschine, dessen Zugmittel (5) die Riemenscheiben (3, 4) des Zugmittels (5) verbindet und ein schwenkbar gelagerter Startergenerator (2) über ein Federelement abgestützt ist.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb, der für einen Antrieb von Aggregaten einer Brennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb eines Startergenerators, bestimmt ist. Der Zugmitteltrieb umfasst dabei ein Zugmittel, wie einen Riemen, vorzugsweise einen Keilrippenriemen, der alle Riemen- Scheiben des Zugmitteltriebs bzw. der anzutreibenden Aggregate verbindet.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Zugmitteltriebe dienen zum Antrieb von Aggregaten, wie beispiels weise Wasserpumpe, Klimakompressor, Generator sowie einer Lenkhilfspum pe. Als Zugmittel für einen derartigen Aggregatetrieb ist ein als Endlosriemen gestaltetes Zugmittel vorgesehen. Für die Funktion der einzelnen Aggregate sowie zur Erzielung einer hohen Lebensdauer des Zugmittels ist ein möglichst schlupffreier Antrieb aller Aggregate erforderlich. Bekannt ist dazu eine Spann vorrichtung bzw. ein Spannsystem vorzusehen, bei dem eine Spannrolle kraft beaufschlagt an dem Zugmittel geführt ist. Zur Erzielung einer Vorspannung des Zugmittels sind sowohl mechanische als auch hydraulisch wirkende Spannvorrichtungen bzw. Spannsysteme bekannt.

Das Dokument DE 43 06 360 A1 zeigt eine Spannvorrichtung, die einen Ex zenter umfasst, der auf einer in einer Lagerhülse eingesetzten Welle befestigt ist. Auf der Mantelfläche des Exzenters ist ein Radiallager angeordnet, über das eine Spannrolle drehbar gelagert ist. Die Vorrichtung ist mit einem zweiar migen Gehäuse an der Brennkraftmaschine befestigt. Eine Vorspannkraft wird erzeugt mittels einer Torsionsfeder, die konzentrisch zu der Welle bzw. einer Lagerhülse angeordnet ist und die mit einem Federende an dem Exzenter und mit dem weiteren Federende an dem Gehäuse abgestützt ist. Die von der Tor sionsfeder ausgeübte Kraft bewirkt eine kraftschlüssige Abstützung der Spannrolle an dem Zugmittel.

Aus der DE 196 09 420 A1 ist eine Spannvorrichtung mit einem mechanisch- hydraulischen Betätigungselement bekannt. 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 schwenk bar an einem Spannrollenträger befestigt werden kann. Ein weiteres Befesti gungsauge ist am Gehäuse angeordnet, mit dem die Spannvorrichtung schwenkbar an der Brennkraftmaschine befestigt ist. Der längsverschiebbar im Zylinder eingesetzte Kolben ist federkraftbeaufschlagt und begrenzt einen Druckraum in dem Zylinder. Eine Kolbenbewegung bewirkt einen Volumen austausch des Hydraulikfluids zwischen dem Druckraum und dem Gehäuse.

Die bekannten Zugmitteltriebe sind vorgesehen zum Antrieb von mehreren Aggregaten, wodurch das alle Riemenscheiben verbindende Zugmittel einer hohen Wechselbiege-Beanspruchung unterliegt. Die Lebensdauer des Zug mittels ist bei einem derartigen Zugmittellayout begrenzt, insbesondere bei Übertragung hoher Antriebsmomente.

Zusammenfassung der Erfindung

Ausgehend von den Nachteilen bekannter Lösungen ist es Aufgabe der Erfin dung, einen Zugmitteltrieb zu schaffen, der zur Übertragung hoher Antriebs momente geeignet ist und eine hohe Lebensdauer des Zugmittels gewährlei stet.

Zur Lösung dieser Problemstellung ist gemäß der Erfindung ein Zugmitteltrieb vorgesehen, der zumindest zwei Riemenscheiben umfaßt und keine separate Spannvorrichtung einschließt. Der erfindungsgemäße Zugmitteltrieb kann somit als ein Zweischeibentrieb ausgelegt werden, bei dem das Zugmittel aus schließlich die Antriebs-Riemenscheibe und die Abtriebs-Riemenscheibe ver bindet. Diese Auslegung verursacht keine nachteilige Wechselbiege- Beanspruchung des Zugmittels und stellt damit für die Beanspruchung des Zugmittels einen Idealfall dar, ohne eine zusätzliche, nachteilige Störgröße. Der erfindungsgemäße, vorzugsweise als ein Zweischeibentrieb ausgelegte Zug mitteltrieb eignet sich folglich für hohe Antriebsmomente, die insbesondere für den Startmodus eines Startergeneratorbetriebs erforderlich sind, ohne Beein trächtigung der Zugmittel-Lebensdauer.

Zur Beeinflussung der Zugmittel-Vorspannung schließt der erfindungsgemäße Zugmitteltrieb einen schwenkbar angelengten Startergenerator ein sowie ein Federelement, mit dem der Startergenerator beispielsweise an dem Gehäuse der Brennkraftmaschine abgestützt ist. Eine derartige Anordnung des Starter generators ermöglicht eine wirkungsvolle Einflußnahme auf die Vorspannung des Zugmittels. Der Startergeneratorbetrieb erfordert unterschiedliche Zugmit tel-Vorspannungen, abhängig von dem Betriebsmodus des Startergenerators, d. h. einem Startbetrieb der Brennkraftmaschine, bei dem der Startergenerator die Brennkraftmaschine antreibt, oder dem Normalbetrieb bzw. Generatorbe trieb, bei dem der Antrieb des Startergenerators von der Brennkraftmaschine erfolgt. Durch eine Variierung der Anordnung und/oder der Dimensionierung des Federelementes in Verbindung mit einer entsprechenden Lage von dem Drehpunkt des Startergenerators kann die Vorspannung unmittelbar beeinflußt werden. Beispielsweise kann damit für den Startbetrieb eine höhere Vorspannung des Zugmittels realisiert werden als im Normalbetrieb.

Der erfindungsgemäße, vorzugsweise als ein Zweischeibentrieb ausgelegte Zugmitteltrieb in Verbindung mit dem schwenkbar gelagerten, federnd abge stützten Startergenerator erfordert vorteilhaft keine separate Spannvorrichtung. Damit stellt sich ein entscheidender Kostenvorteil ein, wobei sich gleichzeitig der erforderliche Bauteileumfang reduziert. Der erfindungsgemäße Zweischei bentrieb mit nahe zueinander angeordneten Riemenscheiben reduziert weiter hin die Amplitude der Zugmittel-Schwingungen, was sich vorteilhaft auf die Geräuschentwicklung des Zugmitteltriebs auswirkt. Der erfindungsgemäße Zugmitteltrieb stellt damit einen Idealfall für das eingesetzte Zugmittel dar. Im Vergleich zu bisherigen Zugmitteltrieben sind erhöhte Vorspannkräfte und Zugmittelkräfte realisierbar, verbunden mit einer gesteigerten Lebensdauer des Zugmittels.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der ab hängigen Ansprüche 2 bis 9.

Das Startergeneratorkonzept sieht vor, dass, abhängig von dem Betriebsmodus, die Brennkraftmaschine gestartet oder elektrische Energie erzeugt wird. Wahl weise wird ein Drehmoment von dem Startergenerator oder der Brennkraftma schine über die entsprechende Riemenscheibe in das Zugmittel eingeleitet. Damit verbunden ist ein Wechsel des Leertrums und des Zugtrums in dem Zugmittel zwischen den Riemenscheiben der Brennkraftmaschine und des Startergenerators. Abhängig von der Generatorausgangsleistung verändert sich das in dem Generator induzierte Moment. Proportional zu dem induzierten Moment verändert sich das Gegendrehmoment des Startergenerators- Gehäuses.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Startergenerator exzentrisch gelagert. Dabei bietet es sich an, den Drehpunkt an der Außen kontur des Generatorgehäuses vorzusehen. Die exzentrische Lagerung des Startergenerators ermöglicht, dass die Gewichtskraft des Startergenerators Ein fluss auf die Vorspannkraft des Zugmittels nimmt. Beispielsweise reduziert eine Verlagerung des Drehpunkts des Startergenerators in Richtung einer Wirklinie der resultierenden Zugmittelkraft die Vorspannkraft des Zugmittels. Eine Ab stimmung der von dem Federelement ausgeübten Kraftkomponente in Verbin dung mit der Drehpunktlage ermöglicht die erforderliche, differenzierte Vor spannung des Zugmittels zwischen dem Startbetrieb und dem Normalbetrieb des Startergenerators.

In dem Startbetrieb des Startergenerators stellt sich dabei folgendes Gleichge wicht der Drehmomente ein. Das von dem Federelement in Verbindung mit dem zugehörigen Hebelarm erzeugte Drehmoment, gemeinsam mit dem sich im Generatorgehäuse einstellenden Drehmoment, entspricht dem Drehmoment, welches durch die resultierende Kraft der im Zugtrum und im Leertrum wirken den Kräfte und dem zugehörigen Hebelarm ausgelöst wird. Die Summe aller in dem Drehpunkt wirkenden Drehmomente ist Null. Daraus ergibt sich die von dem Federelement aufzubringende Mindestfederkraft. Diese Mindestfederkraft ist so auszulegen, dass sowohl im Startbetrieb als auch im Normalbetrieb das Zugmittel ausreichend vorgespannt ist. Das von der Gewichtskraft des Starter generators verursachte Drehmoment ist bei der Drehmomentbetrachtung ver nachlässigt.

Ebenfalls stellt sich im Normalbetrieb, dem generatorischen Betrieb des Star tergenerators, ein Gleichgewicht der Drehmomente ein. Dabei wird an der Ge neratorscheibe ein Drehmoment induziert, wodurch das Gehäuse des Starter generators ein Gegendrehmoment erfährt. Übereinstimmend mit der Drehrich tung des Gegendrehmomentes wirkt das von der resultierenden Kraft der Zug mitteltrums in Verbindung mit dem zugehörigen Hebelarm erzeugte Drehmo ment. Die gleichgerichteten, sich addierenden Drehmomente wirken dem von der Kraft des Federmittels in Verbindung mit dem zugehörigen Hebelarm er zeugten Drehmoment entgegen. Damit verbunden stellt sich für den Normalbe trieb im Vergleich zu dem Startbetrieb eine niedrigere Vorspannkraft des Zug mittels ein. Diese Drehmomentbetrachtung berücksichtigt nicht das von dem Startergeneratorgewicht verursachte Drehmoment.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf das Federelement, das gemäß der Erfindung als eine Federdämpfer-Einheit ausgeführt werden kann. Ein derartiges Bauteil nimmt Einfuß auf die Vorspannung des Zugmittels und begünstigt außerdem die Laufruhe des Zugmitteltriebs, wodurch ein wei testgehend schwingungsfreier Umlauf des Zugmittels erreicht werden kann. Die Federdämpfer-Einheit kompensiert stoßartige, impulsartige Belastungen des Zugmitteltriebs, hervorgerufen durch den Ungleichförmigkeitsgrad der Brenn kraftmaschine sowie eine nicht konstante Leistungsaufnahme des Startergene rators.

Alternativ zu einer Federdämpfungs-Einheit schließt die Erfindung ebenfalls eine getrennte Anordnung ein. Neben einem Federelement, das vorzugsweise zwischen dem Gehäuse des Startergenerators und beispielsweise dem Kurbel gehäuse einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, ist die Dämpfungseinheit mit der Lagerung des Startergenerators kombiniert. Weiterhin umfasst die Er findung ebenfalls eine sowohl von der Federeinheit als auch von der Lagerung des Startergenerators getrennt angeordnete Dämpfungseinheit.

Ein weiteres Konstruktionsmerkmal der Erfindung bezieht sich auf die Gestal tung des Federelementes bzw. der Federdämpfer-Einheit. Diese Bauteile kön nen gemäß der Erfindung sowohl mechanisch als auch hydraulisch wirkend ausgelegt sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, abgebildet in zwei Figuren, verdeutlicht die Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung den erfindungsgemä ßen Zugmitteltrieb in einem Startbetrieb des Startergene rators;

Fig. 2 den Zugmitteltrieb gemäß Fig. 1 im Normalbetrieb.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 zeigt einen Zugmitteltrieb 1 zum Antrieb eines Startergenerators 2, in einer schematischen Darstellung. Dabei umfasst der Zugmitteltrieb 1 zwei Riemenscheiben 3, 4, die über ein Zugmittel 5, vorzugsweise einen Riemen, verbunden sind. Die Riemenscheibe 3 ist dabei über eine Kurbelwelle 6 mit einer Brennkraftmaschine 7 verbunden. Die weitere Riemenscheibe 4 steht unmittelbar mit dem Startergenerator 2 in Verbindung. Mit dem Startergenera tor 2 kann die Brennkraftmaschine 7 gestartet oder elektrische Energie erzeugt werden. Abhängig von dem Betriebsmodus, dem Startbetrieb oder dem Nor malbetrieb des Startergenerators 2, wird ein Drehmoment von dem Starterge nerator 2 oder der Brennkraftmaschine 7 über die Riemenscheibe 3 oder die Riemenscheibe 4 in das Zugmittel 5 eingeleitet. Damit verbunden ist ein Wechsel des Leertrums und des Zugtrums im Zugmittel 5. Der Startergenerator 2 umfasst ein Gehäuse 8 mit integriertem Rotor, an dem die Riemenscheibe 4 drehstarr befestigt ist. Das Gehäuse 8 des Startergenerators 2 ist exzentrisch schwenkbar an der Brennkraftmaschine 7 gelagert. Dazu ist das Gehäuse 8 über ein Lagerauge 9 mit der Brennkraftmaschine 7 verbunden. Zur Erzielung einer definierten Vorspannkraft des Zugmittels 5, die erforderlich ist für einen schlupffreien Antrieb, dient ein Federelement 10, das zwischen der Brenn kraftmaschine 7 und einem weiteren Lagerauge 11 des Gehäuses 8 eingesetzt ist und eine im Gegenuhrzeigersinn gerichtete Kraftkomponente auf den Star tergenerator 2 ausübt.

In Fig. 1 sind die im Startbetrieb des Startergenerators 2 sich ergebenden Drehmomente mit Richtungspfeilen versehen. In dem Startmodus erfolgt vom Startergenerator 2 ein Antrieb der Brennkraftmaschine 7. Dabei erzeugt der Startergenerator 2 ein im Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment M₁. Ein Trum 12 des Zugmittels 5 wird dabei zum Zugtrum und der Trum 13 zum Leertrum des Zugmittels 5. Entsprechend ist die sich im Trum 12 einstellende Zugmittel kraft F_z2 größer als die sich im Trum 13 einstellende Zugmittelkraft F_z1. Die von einander abweichenden, gleichgerichteten Zugmittelkräfte bewirken eine resul tierende Zugmittelkraft, die, bezogen auf einen Drehpunkt 14, der Lagerung des Startergenerators 2 über einen Hebelarm ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment M₃ entwickeln. Das Drehmoment M₃ steht im Gleichgewicht zu den im Gegenuhrzeigersinn wirkenden Drehmomenten M₂ und M₄. Das Drehmo ment M₂ stellt sich im Gehäuse 8 des Startergenerators 2 ein. Das weitere Drehmoment M₄ wird von dem Federelement 10 mit dem resultierenden Hebel arm zum Drehpunkt 14 gebildet. Die Vorspannkräfte des Zugmittels 5, d. h. die Zugmittelkräfte F_z2 und F_z1, sind beeinflussbar durch das Federelement 10 so wie durch eine Verlagerung des Drehpunktes 14, d. h. dem Lagerauge 9 des Startergenerators 2.

Die Fig. 2 zeigt den Zugmitteltrieb 1 im Normalbetrieb bzw. Generatorbetrieb, bei dem der Startergenerator 2, angetrieben durch die Brennkraftmaschine 7, Energie erzeugt. Die im Uhrzeigersinn umlaufende Riemenscheibe 3 der Brennkraftmaschine 7 führt dazu, dass im Zugmittel 5 der Trum 13 zum Zug trum und der Trum 12 zum Leertrum wird. Damit verbunden übertrifft die Zug mittelkraft F_z1 die sich im Leertrum einstellende Zugmittelkraft F_z2. Im Vergleich zu Fig. 1 stellt sich weiterhin eine Drehrichtungsumkehr des Drehmoments M₂ in dem Gehäuse 8 des Startergenerators 2 ein. Ein Gleichgewicht der Drehmomente ergibt sich durch eine Addition der Drehmomente M₂ und M₃, die dem von dem Federelement 10 mit dem entsprechenden Hebelarm ausgelö sten Drehmoment M₄ entsprechen.

Bezugszahlen

1

Zugmitteltrieb

2

Startergenerator

3

Riemenscheibe

4

Riemenscheibe

5

Zugmittel

6

Kurbelwelle

7

Brennkraftmaschine

8

Gehäuse

9

Lagerauge

10

Federelement

11

Lagerauge

12

Trum

13

Trum

14

Drehpunkt
M₁

Generator-induziertes Drehmoment
M₂

Drehmoment im Generatorgehäuse
M₃

Drehmoment, erzeugt durch die resultierenden Zugmittelkräfte
M₄

Drehmoment, erzeugt durch das Federelement
F_F

Kraftkomponente des Federelementes
F_z1

Zugmittelkraft
F_z2

Zugmittelkraft

Claims

1. Zugmitteltrieb, bestimmt für einen Antrieb von Aggregaten einer Brenn kraftmaschine, insbesondere eines riemengetriebenen Startergenerators (2), wobei der Zugmitteltrieb (1) zumindest als ein Zweischeibentrieb ausgeführt ist, dessen Zugmittel (5) alle Riemenscheiben (3, 4) des Zugmitteltriebs (1) verbindet und der Startergenerator (2) schwenkbar gelagert über ein eine Vorspannkraft des Zugmittels (5) beeinflussendes Federelement (10) abgestützt ist.

2. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei abhängig von einem Betriebsmo dus, einem Startbetrieb und einem Normalbetrieb, ein Wechsel des Leertrums und des Zugtrums in dem Zugmittel (5) erfolgt.

3. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei der Startergenerator (2) exzen trisch gelagert ist und dazu ein Gehäuse (8) des Startergenerators (2) an einer Außenkontur ein Lagerauge (10) aufweist.

4. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, bei dem im Startbetrieb ein von dem Federelement (10) mit dem resultierenden Hebelarm erzeugtes Drehmoment (M₄) gemeinsam mit dem Drehmoment (M₂) im Gehäuse (8) des Startergenerators (2) in einem Gleichgewicht zu einem von der re sultierenden Kraft der Zugmitteltrums erzeugten Drehmoment (M₃) steht.

5. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, bei dem in einem Normalbetrieb das von dem Federelement (10) mit dem resultierenden Hebelarm erzeugte Drehmoment (M₄) übereinstimmt mit einer Addition der Drehmomente (M₂) im Gehäuse (8) des Startergenerators (2) sowie dem von der resul tierenden Kraft des Zugmitteltrums (12, 13) erzeugten Drehmoment (M₃).

6. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei das Federelement (10) als eine Federdämpfer-Einheit ausgeführt ist.

7. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei die Lagerung des Startergene rators (2) mit einer Dämpfungseinheit kombiniert ist.

8. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, mit einem mechanisch wirkenden Fe derelement (10) oder einer mechanisch wirkenden Federdämpfer- Einheit.

9. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, mit einem hydraulisch wirkenden Fe derelement (10) oder einer hydraulisch wirkenden Federdämpfer- Einheit.