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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Riementrieb mit einer Spanneinrichtung mit variabler Vorspannkraft.
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Riementriebe finden in Verbrennungskraftmaschinen bzw. Brennkraftmaschinen u. a. Anwendung zum Antrieb von Nebenaggregaten. Dabei unterliegt das von der Verbrennungskraftmaschine stammende Drehmoment auf Grund der Zündungen periodischen Schwankungen. Das ungleichförmige Drehmoment wird über eine Kurbelwellen-Riemenscheibe in einen Nebenaggregate-Riementrieb eingeleitet, während gleichzeitig drehzahlabhängige Lastmomente an den Nebenaggregaten anliegen. Durch die periodische Momentanregung an der Kurbelwelle werden Drehzahlschwankungen der Scheiben im Riementrieb hervorgerufen, die wiederum - da sich die Scheiben relativ zueinander verdrehen können - zu Schwankungen in den Trumkräften führen. Diese Schwankungen können auf der einen Seite zu einem starken Absinken der Trumkraft und damit zu Schlupf und unerwünschten Geräuschen führen und auf der anderen Seite unzulässige Überhöhungen in den Trum- oder Achskräften verursachen. Aus diesen Gründen werden automatische Riemenspanner eingesetzt, die für eine im Betrieb möglichst geringe Trumkraftschwankung sorgen. Es gelingt jedoch normalerweise nicht, diese Trumkraftschwankungen durch Riemenspanner völlig zum Verschwinden zu bringen. Die Trumkräfte haben daher einen maßgeblich durch die Riemen-Vorspannkraft definierten Mittelwert, um den dann die periodischen Schwankungen auftreten.
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Die Höhe der Anregung aus dem Motor ist abhängig vom Lastzustand des Motors, der Nebenaggregatelast sowie der aktuellen Drehzahl. Maximale Anregungen treten meist bei geringen Drehzahlen und gleichzeitiger Motor- sowie Aggregate-Volllast oder beim Motorstart auf. In derartigen Zuständen wird eine erhöhte Vorspannkraft benötigt, während bei anderen Lastfällen eine deutlich verringerte Vorspannkraft funktional ausreichend ist. Die Vorspannkraft eines Riementriebes wird herkömmlicherweise auf die Betriebspunkte mit maximaler Belastung ausgelegt, obwohl diese nur relativ selten auftreten. Aus diesem Grund wird der Riementrieb in einem großen Teil seiner Lebensdauer mit einer unnötig hohen Vorspannkraft betrieben.
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Es ist ein Auslegungsziel, die mittlere Trumkraft möglichst gering einzustellen, aber hoch genug, so dass der Riementrieb alle funktionalen Anforderungen erfüllt. Dadurch können auch Reibungsverluste in den Lagern der Riemenscheiben sowie Verformungsverluste im Riemen reduziert werden, was insgesamt zu einer Verringerung des CO2-Ausstoßes beiträgt. Üblicherweise ist im Riementrieb ein hohes Potenzial zur Einsparung von CO2 vorhanden.
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Aus der
DE 10 2007 051 228 A1 ist bekannt, einen Zugmitteltrieb mit einem aktiven, insbesondere pneumatischen oder hydrodynamischen Spannsystem zu versehen, um für die beiden Betriebsfälle einer Lichtmaschine, nämlich eines Startermotorbetriebs einerseits und eines Generatorbetriebs andererseits, jeweils unterschiedliche Vorspannkräfte zu verwirklichen. Dazu ist ein als kombiniertes Feder-Dämpferelement ausgelegtes Spannelement vorgesehen, wobei eine Schraubenfeder mit einem sogenannten pneumatischen oder hydrodynamischen Muskel parallel geschaltet ist. Dabei sind die Eigenschaften des pneumatischen Muskels durch einen Kompressor, alternativ die Eigenschaften des hydrodynamischen Muskels durch Teil- oder Vollverriegelung von Einwegeventilen oder durch eine Fluidmengenanpassung abhängig vom jeweiligen Betriebsfall anpassbar. Das aus der
DE 10 2007 051 228 A1 bekannte System basiert auf einem aufwändigen Verstellsystem u. a. unter Verwendung eines pneumatischen Druckspeichers. Es ist damit auch nicht möglich, die mittlere Trumkraft im laufenden Betrieb optimal einzustellen. Aus den
DE 100 61 895 A1 ,
WO 2011 / 047 992 A1 und
WO 2012/ 031 361 A1 sind weitere unterschiedliche Riementriebe bekannt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Riementrieb mit einer Spanneinrichtung zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Riementrieb zu schaffen, der eine optimale Einstellung der mittleren Trumkraft im laufenden Betrieb ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Reibungsverluste in den Lagern von Zugmitteltrieben, Verformungsverluste in Zugmitteln von Zugmitteltrieben sowie Schlupf und Spitzenlasten im Zugmittel zu verringern, um insbesondere im laufenden Betrieb den Transmissionswirkungsgrad zu erhöhen und damit auch den Kraftstoffverbrauch und den CO2-Ausstoß einer Brennkraftmaschine zu verringern sowie die Lebensdauer von Lagern, Scheiben und Zugmitteln zu verlängern.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen erfindungsgemäßen Riementrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Der Riementrieb weist eine antriebsseitige Riemenscheibe und eine lastseitige Riemenscheibe auf, um welche ein Riemen des Riementriebs geschlungen ist. Ein erster Abschnitt zwischen der antriebsseitigen Riemenscheibe und der lastseitigen Riemenscheibe ist als Lasttrum, und ein zweiter Abschnitt zwischen der antriebsseitigen Riemenscheibe und der lastseitigen Riemenscheibe ist als Lostrum ausgebildet. Der Riementrieb weist zum Regulieren der Spannung des Riemens eine Spannanordnung auf. Erfindungsgemäß weist die Spannanordnung zwei Spanneinrichtungen mit jeweils einer Umlenkrolle und einem Spannantrieb zum linearen Positionieren der Umlenkrolle auf, wobei eine der Umlenkrollen gegen den Riemen im Lasttrum und die andere der Umlenkrollen gegen den Riemen im Lostrum wirkt. Ferner weist der Riementrieb ein Steuergerät zum Betreiben der Spannantriebe zum linearen Positionieren der Umlenkrollen in Abhängigkeit zumindest eines dynamischen Betriebszustands auf.
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Eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb weist wenigstens ein verstellbares Vorspannelement zum Verwirklichen einer Vorspannung eines Zugmittels auf. Erfindungsgemäß ist ferner eine Steuereinrichtung vorgesehen, die angepasst und eingerichtet ist, das Vorspannelement in Abhängigkeit von zumindest einem dynamischen Betriebszustand zu verstellen.
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Ein Zugmitteltrieb weist wenigstens einen Antrieb, wie etwa eine Brennkraftmaschine, eine Turbokraftmaschine oder sonstige Strömungskraftmaschine, ein Wind- oder Wasserrad, einen Elektromotor oder dergleichen, einen angetriebenes Aggregat, wie etwa einen Generator, ein Verdichter, Lüfter oder sonstige Strömungsarbeitsmaschine, eine Industrieanlage oder dergleichen, und ein Zugmittel, wie etwa einen Gurt, einen Riemen, eine Kette oder ein Seil, auf, wobei das Zugmittel um Räder, die mit dem Antrieb und mit dem Aggregat jeweils verbunden sind, gelegt bzw. geschlungen ist, um die Kraft des Antriebs über das Zugmittel auf das Aggregat zu übertragen.
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Im Unterschied zu einer kurzzeitigen Anpassung an statische Lastfälle, wie etwa den Lastfall des Starterbetriebs, ermöglicht eine Verstellung des Vorspannelements in Abhängigkeit von zumindest einem dynamischen Betriebszustand eine Anpassung der Vorspannkraft an zeitlich veränderliche Anforderungen im laufenden Betrieb. Dadurch können Reibungs- und Verformungsverluste verringert werden, der Transmissionswirkungsgrad des Zugmitteltriebs erhöht und der Kraftstoffverbrauch und der CO2-Ausstoß der Brennkraftmaschine verringert werden. Ferner kann auch die Lebensdauer von Lagern, Scheiben und Zugmitteln aufgrund verringerten Schlupfs, verringerter Reibung und verringerter Spitzenlasten verlängert werden.
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Unter einem dynamischen Betriebszustand können beispielsweise Betriebszustände von mit dem Zugmitteltrieb verbundenen Bauelementen und/oder Geräten verstanden werden, wie etwa ein Lastzustand und/oder eine Drehzahl einer Brennkraftmaschine oder ein Lastzustand eines mit dem Zugmitteltrieb verbundenen Nebenaggregats. So erfolgt eine Anpassung an diejenigen Parameter, die maßgeblichen Einfluss auf die Trumkräfte haben. Sofern erforderlich, können auch weitere Parameter, wie etwa eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Gangwahl, eine Pedalstellung oder dergleichen, einbezogen werden.
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Wenn das Vorspannelement eine Umlenkrolle umfasst, können Spannkräfte besonders einfach auf das Zugmittel aufgebracht werden.
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Eine einfache Verstellung ist möglich, wenn die Spanneinrichtung eine insbesondere mechanische, hydraulische, pneumatische, elektrische oder magnetische Antriebseinrichtung aufweist, die direkt oder indirekt auf ein auf einer definierten Bahn bewegliches Stellglied der Umlenkrolle wirkt. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Stellglied linear beweglich oder schwenkbar ist. Es ist jedoch auch eine Mehrgelenkführung oder sonstige Kulissenführung denkbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebseinrichtung einen Elektromotor und einen vorzugsweise selbsthemmenden Spindel- oder Schneckenradantrieb auf, der eine Drehbewegung des Elektromotors in eine Linearbewegung eines Stellgliedes der Umlenkrolle umsetzt. In einer alternativen Ausführungsform wirkt die Antriebseinrichtung direkt oder indirekt auf eine Federaufnahme einer Torsionsfeder, wobei die Torsionsfeder an einem Ende mit der Federaufnahme verbunden ist und an einem anderen Ende mit einem Schwenkhebel verbunden ist, wobei der Schwenkhebel mit der Spannrolle so verbunden ist, dass er in Spannrichtung auf die Spannrolle wirkt. Beide Ausführungsformen weisen einen robusten und einfachen Aufbau auf und greifen auf bewährte Bauelemente zurück. Beide Formen sind so abwandelbar, dass über Hebel, Gelenke oder Mimiken beliebige Wege der Umlenkrolle darstellbar sind.
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Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung einrichtet und angepasst das Vorspannelement derart zu verstellen, das sich eine Vorspannkraft ergibt, welche zur Sicherstellung einer Funktion des Zugmitteltriebs in einem jeweiligen dynamischen Betriebszustand minimal erforderlich ist. Das bedeutet, dass abhängig von dem dynamischen Betriebszustand eine Vorspannkraft einstellbar ist, die hoch genug ist, um die Transmission zuverlässig, also mit geringstmöglichem Schlupf, sicherzustellen, und gleichzeitig übermäßige Reibungs- und Verformungsverluste durch eine unnötig hohe Vorspannkraft vermieden werden können.
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Ein geeignetes Verfahren zum Steuern der oben beschriebenen Spannvorrichtung, weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- a) Bestimmen des zumindest einen dynamischen Betriebszustands und
- b) Verstellen des Vorspannelements in Abhängigkeit von dem zumindest einen bestimmten Betriebszustand derart, dass sich eine Vorspannkraft ergibt, welche zur Sicherstellung einer Funktion des Zugmitteltriebs minimal erforderlich ist.
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Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist die Spannvorrichtung eine Antriebseinrichtung zum Verstellen des Vorspannelements auf, wobei das Vorspannelement eine Umlenkrolle für das Zugmittel umfasst, wobei die Antriebseinrichtung einen Elektromotor und einen vorzugsweise selbsthemmenden Spindel- oder Schneckenradantrieb aufweist, der eine Drehbewegung des Elektromotors in eine Linear- oder Schwenkbewegung eines Stellgliedes der Spannrolle umsetzt.
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Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung umfasst das Vorspannelement eine Umlenkrolle für das Zugmittel, wobei die Umlenkrolle mittels einer Torsionsfeder und eines Schwenkhebels auf das Zugmittel gedrückt wird, und wobei eine Federaufnahme der Torsionsfeder durch ein Antriebsmittel um eine Torsionsachse der Torsionsfeder verdrehbar ist.
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Bei den Spannvorrichtungen nach den zuletzt genannten zwei Gesichtspunkten der Erfindung lässt sich das Vorspannelement besonders vorteilhaft in Abhängigkeit von zumindest einem dynamischen Betriebszustand steuern, wodurch auch die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden können. Sie weisen jeweils einen robusten und einfachen Aufbau auf und greifen auf bewährte Bauelemente zurück.
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Weitere Merkmale, Aufgaben und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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In den Zeichnungen ist in:
- 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus eines Riementriebs mit einer dynamischen Anpassung der Trumspannung als ein grundlegendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer ersten Ausführungsvariante eines Spannantriebs,
- 3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsvariante eines Spannantriebs,
- 4 eine Ansicht in Richtung eines Pfeils „IV“ in 3 und
- 5 ein schematisches Blockschaubild zur Veranschaulichung eines steuerungstechnischen Zusammenhangs in einer erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt.
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In 1 ist ein Riementrieb 1 als ein grundlegendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt.
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Gemäß der Darstellung in 1 weist der Riementrieb 1 eine antriebsseitige Riemenscheibe 2 und eine lastseitige Riemenscheibe 3 auf. Ein Riemen 4 ist um die Riemenscheiben 2, 3 geschlungen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die antriebsseitige Riemenscheibe 2 im Normalbetrieb von einem Verbrennungsmotor (nicht näher dargestellt), ggf. über ein Getriebe (nicht näher dargestellt), angetrieben. Die lastseitige Riemenscheibe 3 treibt einen Generator (nicht näher dargestellt), auch als Lichtmaschine bezeichnet, an. Gemäß dem in der Figur angegebenen Drehrichtungspfeil an der antriebsseitigen Riemenscheibe 2 ist der obere Teil des Riemens im dargestellten Lastfall als Lasttrum 5, der untere Teil als Lostrum 6 definiert. Es versteht sich, dass in einem Starterbetrieb, in welchem der Generator den Motor antreibt, sich der Lastfall umkehrt, also der untere Teil des Riemens 4 zum Lasttrum, der obere Teil zum Lostrum wird.
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Die Spannung des Riemens 4 wird durch eine Spannanordnung 7 reguliert. Die Spannanordnung 7 ist eine Spanneinrichtung im Sinne der Erfindung. Gemäß der Darstellung in 1 weist die Spannanordnung zwei Umlenkrollen 8 und zwei Spannantriebe 9 auf. Jede Anordnung von Umlenkrolle 8 und Spannantrieb 9 kann ebenfalls als eine Spanneinrichtung im Sinne der Erfindung verstanden werden. Wie in der Figur durch jeweilige Doppelpfeile angedeutet, ist durch jeden Spannantrieb die zugehörige Umlenkrolle 8 linear hin und her positionierbar. Es versteht sich, dass diese Darstellung schematisch ist; anstelle einer linearen Positionierung können die Umlenkrollen 8 auch an Schwenkhebeln oder Mehrgelenkarmen gelagert oder in Kulissen geführt und auf beliebigen Kurven von und zu den Trumen 5, 6 des Riemens 4 schwenkbar bzw. führbar sein.
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In 2 ist eine verstellbare Umlenkrolle 8 mit Linearführungs-Spannantrieb 9' für eine Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt.
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Eine Lagerwelle 10 der Umlenkrolle 8 ist in einem Hubrahmen 11 gelagert. Der Hubrahmen 11 weist an einer von dem Riemen 4 abgewandten Seite eine Grundplatte 12 auf. Die Grundplatte 12 weist eine Mutterbohrung auf, in welcher eine Spindel 13 läuft. Die Spindel 13 wird ist mit einem ortsfesten Elektromotor 14 verbunden.
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Andererseits wird die Lagerwelle 10 der Umlenkrolle 8 in einer Führungsnut 15 geführt. Die Führungsnut 15 ist Teil einer ortsfesten Mimik (nicht näher dargestellt). Die Mimik kann, muss aber nicht, mit einem Gehäuse des Elektromotors 14 starr verbunden sein. In Abwandlungen dieser Ausführungsvariante ist nicht die Lagerwelle 10, sondern ist der Hubrahmen 11 mittels eines Mitnehmers, wie etwa eines Stifts oder einer Bauteilauskragung, in einer Nut einer Mimik geführt oder umgekehrt.
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Zur Positionierung der Umlenkrolle 8 treibt der Elektromotor 14 die Spindel 13, die sich in der Mutterbohrung der Grundplatte 12 dreht und somit den Hubrahmen 11 zu oder von dem Elektromotor 14 bewegt (vgl. Doppelpfeil in 2). Durch die in dem Hubrahmen 11 gelagerte und in der Führungsnut 15 geführte Lagerwelle 10 wird die Umlenkrolle 8 mitbewegt und spannt oder entspannt somit den Riemen 4.
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In 3 ist eine Umlenkrolle 8 mit Torsionsfeder-Spannantrieb 9" für eine zweite Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. 4 zeigt die Anordnung von 3 in Richtung eines Pfeils IV in 3.
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Gemäß der Darstellung in 3 und 4 ist eine Lagerwelle 10 der Umlenkrolle 8 an einem ersten Ende 16a des Schwenkhebels 16 gelagert. Der Schwenkhebel 16 ist mit seinem zweiten Ende 16b an einem ersten Ende 17a einer vorgespannten Torsionsfeder 17 befestigt. An ihrem zweiten Ende 17b ist die Torsionsfeder 17 in einer Federaufnahme 18 aufgenommen. Die Federaufnahme 18 ist mit einem Versteller 19 verbunden.
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Wie in 4 gezeigt, drängt der Schwenkhebel 16 mittels der Spannung der Torsionsfeder 17 die Umlenkrolle 8 in Richtung des Riemens 4, also in Spannrichtung (vgl. Pfeil am Schwenkhebel 16 in 4). Zur Positionierung der Umlenkrolle 8 wird durch den Versteller 19 ein Drehmoment (Pfeil 20 in 3) auf die Torsionsfeder 17 aufgebracht. Das Drehmoment 20 ist je nach Positionierungsrichtung ein verstärkendes (in Bezug auf die Vorspannung positives) oder lösendes (in Bezug auf die Vorspannung negatives) Differenzmoment.
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Der Versteller 19 kann einen Schrittmotor (nicht näher dargestellt) aufweisen oder mit einem solchen über ein Schneckenradgetriebe (nicht näher dargestellt) gekoppelt sein. In einer anderen Alternative kann der Versteller 19 einen Piezo-Steller aufweisen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsalternativen beschränkt.
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In 5 ist ein steuerungstechnischer Zusammenhang einer erfindungsgemäßen Anordnung schematisch dargestellt.
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Gemäß der Darstellung in 5 ist ein Steuergerät 21 mit zwei Spannantrieben 9, einem Verbrennungsmotor (einer Motor-/Getriebeeinheit) 22, einer Lichtmaschine 23 und einem durch den Riementrieb angetriebenen Nebenaggregat 24, wie einer Wasserpumpe oder einem Klimakompressor, signaltechnisch verbunden. Über Signalleitungen (gestrichelte Pfeile) empfängt das Steuergerät 21 Signale von der Motor-/Getriebeeinheit 22, der Lichtmaschine 23 und dem Nebenaggregat 24, wobei die übertragenen Signale dynamischen Betriebszuständen dieser Geräte entsprechen. Beispielsweise wird ein Betriebszustand der Motor-/Getriebeeinheit 22 durch eine Drehzahl N und ein Drehmoment T beschrieben, wird ein Betriebszustand der Lichtmaschine 23 durch eine Drehzahl N, ein Drehmoment T und eine elektrische Leistung Q beschrieben, und wird ein Betriebszustand des Nebenaggregats 24 durch eine Drehzahl N eines Lüftermotors (nicht näher dargestellt) beschrieben. Auf der Ausgangsseite sendet das Steuergerät 21 Steuersignale S an die Spannantriebe 9, um die damit verbundenen Umlenkrollen 8 zu positionieren. Von den Spannantrieben 9 wird ggf. ein Signal X zurückgegeben, das einen Stellweg oder einen Drehwinkel eines Schrittmotors oder dergleichen repräsentiert. Sensoren zur Erfassung der genannten Größen sind in der 5 nicht näher dargestellt.
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Im Steuergerät 21 werden vorgegebene Beziehungen zwischen den empfangenen Betriebszuständen, einer jeweiligen Position der Umlenkrollen 8 und der Trumspannung ausgewertet, um für den jeweiligen dynamischen Gesamt-Betriebszustand, der sich aus den einzelnen dynamischen Betriebszuständen ergibt, geeignete Werte für die mittlere Vorspannung des Last- und Lostrums des Zugmittels und hieraus geeignete Positionen der Umlenkrollen 8 zu ermitteln. Damit werden geeignete Steuersignale S für die Spannantriebe 9 erzeugt und an diese übertragen. Die Beziehungen können in Form von Tabellen, Kennfeldern und/oder mathematischen Gleichungen und/oder Gleichungssystemen in dem Steuergerät 21 hinterlegt sein und können auch eigendynamische Spannungszustände des Zugmittels berücksichtigen.
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Es versteht sich, dass das Steuergerät 21 außer den dargestellten noch eine Vielzahl weiterer Eingangssignale, die einer Vielzahl weiterer Betriebszustände wie etwa einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Gangwahl, einer Pedalstellung etc. entsprechen, empfangen und verarbeiten kann.
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Während in der in 3 und 4 gezeigten Ausführungsvariante eine federnde Lagerung der Umlenkrolle 8 vorgesehen ist, ist bei der in 2 gezeigten Ausführungsvariante keine Federung beschrieben. Gleichwohl kann auch dort eine Federung vorgesehen sein, und in beiden Fällen kann eine Dämpfung vorgesehen sein.
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Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung wird vorgeschlagen, zur variablen Einstellung der Vorspannkraft eine Umlenkrolle mit Hilfe einer mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder magnetisch angetriebenen Vorrichtung gezielt im Riementrieb zu positionieren und dadurch die Vorspannkraft im Riemen zu verändern. Die Position der Umlenkrolle kann je nach Motordrehzahl bzw. Lastzustand des Motors oder der Nebenaggregate so eingestellt werden, dass sich die jeweils minimal erforderliche Vorspannkraft im Riementrieb ergibt, welche zur Sicherstellung seiner Funktion notwendig ist.
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Denkbar ist etwa der Einsatz eines selbsthemmenden Spindel- oder Schneckenradantriebes, über den mit Hilfe eines Elektromotors eine Drehbewegung in die Linearbewegung der Umlenkrolle umgesetzt wird. 2 zeigt beispielhaft eine mögliche Anordnung für einen solchen Spindelantrieb. Neben linearen Bewegungen der Riemenscheibe sind auch Lösungen möglich, bei denen die Umlenkrolle beispielsweise auf einer Kreisbahn oder einer anderen Kontur in den Riementrieb eingeschwenkt wird.
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Eine weitere Möglichkeit, die Vorspannkraft des Riementriebs an den aktuellen Lastzustand anzupassen, besteht darin, die Spannkraft des Riemenspanners gezielt einzustellen. Dazu wird mit Hilfe der in 3, 4 skizzierten Vorrichtung die Vorspannung der Spannerfeder mittels eines geeignet erzeugten Drehmomentes (beispielsweise mechanisch, elektrisch, hydraulisch, magnetisch, pneumatisch) bedarfsgerecht angepasst. Im Falle einer Drehstabfeder kann hier zum Beispiel die relative Verdrehung beider Federenden zueinander einjustiert werden. Ein solches Vorgehen ist möglich für die Spannelemente von Riemen- Ketten- und Zahnriementrieben.
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Riemenanatriebe werden häufig mit einer hohen Vorspannkraft ausgelegt, die jedoch nur in einem kleinen Zeitanteil der Lebensdauer erforderlich ist. Durch eine variable Einstellung der Vorspannkraft je nach Lastzustand von Motor und Nebenaggregaten sowie der Motordrehzahl ist es möglich, Energieverluste im Riementrieb auf Grund von Lagerreibung und Verformungen im Riemen signifikant zu reduzieren. Der Riementrieb kann damit so eingestellt werden, dass er bei gewährleisteter Funktion einen minimalen Energieverlust hervorruft. Das wiederum kann zu einer deutlichen Verringerung des Kraftstoffverbrauches und des CO2-Ausstoßes führen.
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Die positionierbare Riemenscheibe zur Vorspannkraftanpassung erfordert keine Spezial-Riementriebe, sondern kann in beliebigen Riementrieben zum Einsatz kommen. Da die meisten Riementriebe ohnehin über Umlenkrollen verfügen, ist der Einsatz des Systems mit sehr geringem Aufwand möglich und das Layout des Riementriebes muss nicht grundlegend verändert werden.
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Da in den meisten Umschlingungsgetrieben ohnehin Spannelemente eingesetzt werden, ist auch das Spannelement mit einstellbarer Vorspannung einfach und ohne großen Mehraufwand in beliebige Umschlingungsgetriebe integrierbar.
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Die Erfindung kann neben Riementrieben auch für Zahnriemen- oder Kettentriebe eingesetzt werden. Neben einer Brennkraftmaschine können auch etwa Turbomaschinen, Elektromotoren, Windräder, Wasserräder oder andere Antriebsformen als Antrieb für den Zugmitteltrieb verwendet werden. Die Anwendung der Erfindung ist auch nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt, sondern kann auch bei Förderern, Seilbahnen oder anderen Anwendungsfällen die beschriebenen Vorteile aufweisen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, - varianten, -alternativen und Abwandlungen beschrieben und in den Figuren veranschaulicht. Dies Beschreibungen und Darstellungen sind rein schematisch und schränken den Schutzumfang der Ansprüche nicht ein, sondern dienen nur deren beispielhafter Veranschaulichung. Es versteht sich, dass die Erfindung auf vielfältige Weise ausgeführt und abgewandelt werden kann, ohne den Schutzumfang der Patentansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riementrieb
- 2
- Riemenscheibe, antriebsseitig
- 3
- Riemenscheibe, lastseitig
- 4
- Riemen
- 5
- Lasttrum
- 6
- Lostrum
- 7
- Spannanordnung
- 8
- Umlenkrolle
- 9, 9`, 9"
- Spannantrieb
- 10
- Lagerwelle
- 11
- Hubrahmen
- 12
- Grundplatte
- 13
- Spindel
- 14
- Elektromotor
- 15
- Führungsnut
- 16
- Spannhebel
- 16a, 16b
- Enden des Spannhebels 16
- 17
- Torsionsfeder
- 17a, 17b
- Enden der Torsionsfeder 17
- 18
- Federaufnahme
- 19
- Versteller
- 20
- Stellmoment
- 21
- Steuergerät
- 22
- Motor-/Getriebeeinheit
- 23
- Lichtmaschine
- 24
- Nebenaggregat
