EP1303712A1 - Spannsystem für einen riemengetriebenen startergenerator - Google Patents

Spannsystem für einen riemengetriebenen startergenerator

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Publication number
EP1303712A1
EP1303712A1 EP01955320A EP01955320A EP1303712A1 EP 1303712 A1 EP1303712 A1 EP 1303712A1 EP 01955320 A EP01955320 A EP 01955320A EP 01955320 A EP01955320 A EP 01955320A EP 1303712 A1 EP1303712 A1 EP 1303712A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pulley
traction
tensioning system
drive according
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01955320A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Polster
Rudolf Berger
Michael Bogner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHO Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
INA Schaeffler KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10045143A external-priority patent/DE10045143A1/de
Application filed by INA Schaeffler KG filed Critical INA Schaeffler KG
Publication of EP1303712A1 publication Critical patent/EP1303712A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H7/00—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
    • F16H7/08—Means for varying tension of belts, ropes, or chains
    • F16H7/10—Means for varying tension of belts, ropes, or chains by adjusting the axis of a pulley
    • F16H7/12—Means for varying tension of belts, ropes, or chains by adjusting the axis of a pulley of an idle pulley
    • F16H7/1209—Means for varying tension of belts, ropes, or chains by adjusting the axis of a pulley of an idle pulley with vibration damping means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H7/00—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
    • F16H7/08—Means for varying tension of belts, ropes, or chains
    • F16H2007/0802—Actuators for final output members
    • F16H2007/0808—Extension coil springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H2007/0863—Finally actuated members, e.g. constructional details thereof
    • F16H2007/0874—Two or more finally actuated members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H7/0829—Means for varying tension of belts, ropes, or chains with vibration damping means
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    • F16H7/12—Means for varying tension of belts, ropes, or chains by adjusting the axis of a pulley of an idle pulley
    • F16H7/1254—Means for varying tension of belts, ropes, or chains by adjusting the axis of a pulley of an idle pulley without vibration damping means
    • F16H7/1281—Means for varying tension of belts, ropes, or chains by adjusting the axis of a pulley of an idle pulley without vibration damping means where the axis of the pulley moves along a substantially circular path

Definitions

  • the present invention relates to a traction mechanism drive for a starter generator concept of an internal combustion engine.
  • the traction mechanism drive comprises a first belt pulley arranged on the crankshaft of the internal combustion engine, a second belt pulley connected to the starter generator and a tensioning system with which a tensioning of the traction strand and the empty strand of the traction mechanism drive can be achieved.
  • the starter generator is a unit with which, depending on an operating mode, the internal combustion engine is started, or electrical energy can be obtained while the internal combustion engine is running.
  • the starter generator thus takes on both the function of the starter and that of a generator.
  • a torque is introduced from the starter generator or the internal combustion engine into the traction mechanism drive. This is associated with a change in the empty run and the pull run in the traction mechanism drive. Due to the mutually directed torque, the tensioning system requires two pulleys, which preload the respective empty run of the traction device with sufficient spring tension.
  • a traction mechanism drive with a tensioning system which comprises two tensioning rollers, which are assigned to an empty strand or a tension strand, is known from the published patent application JP 90 144 821 AA.
  • the structure of the known traction mechanism drive comprises two equally dimensioned pulleys, a drive pulley and an output pulley, which are connected via a traction mechanism to a belt.
  • the tensioning system consisting of a straight-line holder with pulleys arranged at the ends, is fixed in the center. Of the pulleys symmetrically attached to the end of the holder, one is assigned to the tension strand and the other pulley to the empty strand.
  • the present invention is based on the problem of realizing a tensioning system for a traction mechanism drive, which ensures sufficient tensioning of the traction mechanism regardless of the direction of the torque introduced into the traction mechanism drive.
  • the aforementioned task is solved according to the invention by a tensioning system with which the traction means wraps around the two pulleys of the tensioning system with mutually different wrap angles, regardless of the direction of the torque introduced into the traction mechanism drive.
  • the tensioning system according to the invention thus also ensures a sufficient pre-tensioning of the respective idle strand for a starter generator concept - in which a change of direction of the torque introduced into the traction mechanism drive occurs depending on the operating mode.
  • the clamping system thus fulfills two independent functions that are necessary for a starter generator concept.
  • the reaction of the tension pulley located in the empty strand to the tension pulley arranged in the tension strand takes place in such a way that a deflection of the pulley, which is assigned to the tension strand, applies a corresponding counter-torque, in order to increase the supporting force of the pulley assigned to the empty strand.
  • This interaction is favored by the pulleys of the tensioning system arranged on torsionally rigid lever arms.
  • the combined tensioning system according to the invention consequently enables simultaneous pretensioning of the empty run and the pull run, regardless of the direction of the torque introduced into the traction mechanism drive.
  • This tensioning system is therefore preferably suitable for a starter generator concept which ensures sufficient tensioning of the traction means even when the torque changes between the starting mode and normal mode.
  • the tensioning system according to the invention in conjunction with a guide of the traction means, which has different wrap angles on the pulleys, together reinforces the desired influencing or reaction between the two pulleys, for improved pretensioning of the respective traction means strand.
  • wrap angle of the traction means on the pulleys are designed so that in normal operation the belt pulley assigned to the empty strand loops or compensates for more belt length released during a pivoting movement of the tensioning system than the further, the Release belt assigned pulley of the tensioning system at belt length.
  • a desired increase in the tension force in the empty run can thus be achieved, which has a positive effect on the slip behavior of the entire traction mechanism drive.
  • the tensioning system according to the invention is designed in a start-up mode so that the pulley assigned to the train strand is aligned with a dead center position.
  • the direction of a resulting tensile strand force largely coincides with a direction that corresponds to a connecting line between the axis of rotation of the tensioning system and the axis of rotation of the pulley lying on the tensile strand.
  • the lever arm of the tensioning system assumes a position in which the resulting tensile strand force has no effective lever length.
  • a changing tensile strand force has no influence on the displacement of the tensioning system. This effect occurs when the resulting strand tension runs parallel to or in the plane that corresponds to an imaginary connection between the pivot point of the tensioning system and the pivot point of the pulley supported on the strand.
  • the wrap angles of the belt on the respective pulley also differ.
  • the pulley which is supported on the tensioning system with the shortest lever arm, has the largest wrap angle of the belt.
  • the other pulley of the tensioning system which is in contact with the empty run in the start mode, has a small wrap angle of the belt.
  • the belt pulley which loops a longer belt length, affects the further belt pulley, which is consequently supported on the belt with an increased pretensioning force.
  • the invention further includes measures for designing the tensioning system, with which the prestressing force of the traction means can be influenced in a targeted manner.
  • a preferred embodiment provides that in the starting mode, a first distance between the axis of rotation of the tensioning system and a directional arrow, which defines the resultant force of the idler pulley and passes through the center of rotation of the pulley, is obtained, which exceeds a second distance that exceeds the distance between the axis of rotation of the Tensioning system and a directional arrow that defines the resultant force of the tension strand and that passes through the center of rotation of the pulley.
  • a further embodiment of the invention provides that in starting operation, the pulley assigned to the empty run is supported on the traction means in such a way that a max. Sets the distance between the axis of rotation of the tensioning system and the directional arrow of the resulting empty strand force.
  • the max. Distance measure exceeds the further distance measure that is established between the axis of rotation of the tensioning system and the directional arrow of the resulting force of the tensile strand in the area of the pulley. This measure enables a high pretensioning force of the traction device and thus ensures a slip-free drive, i.e. a safe start of the internal combustion engine.
  • An advantageous embodiment of the invention relates to a traction mechanism drive in which the traction mechanism, starting from a first pulley of the tensioning system, encloses the pulley of the starter generator before of the traction device reaches the second pulley of the tensioning system.
  • This traction device guide ensures sufficient pretensioning of the traction device required for the function of the starter generator by the tensioning system independent of the operating mode of the starter generator, ie the direction of the torque introduced into the traction device drive.
  • the tensioning system according to the invention is further provided with an effective spring means, which ensures a prestressed, spring-loaded contact of the pulleys of the tensioning system on the traction means.
  • the invention includes different spring means.
  • the clamping system can be coupled with a hydraulic or a mechanical spring.
  • the spring means can act directly on a lever arm of the clamping system or, alternatively, act on a hub of the clamping system in the region of the axis of rotation.
  • the invention also includes a clamping system with a combined mechanical-hydraulic spring means.
  • the function of the tensioning system according to the invention also requires a damping device which ensures effective damping, in particular with respect to torque and / or speed fluctuations of the traction mechanism drive.
  • the damping device ensuring largely shock and shock-free traction means guidance can be arranged separately from the spring means or combined with the spring means to form a spring damping unit.
  • Advantageous further refinements of the invention relate to the geometric arrangement or dimensional relationships of the lever arms of the tensioning system. It is preferable to arrange the lever arms of the tensioning system at an angle of> 70 ° to one another. A ratio that is suitable for the length of the lever arms provides that the longer lever arm exceeds the shorter lever arm twice.
  • Another design criterion of the tensioning system according to the invention relates to the diameter of the pulleys. Thereafter, the diameter of the pulley arranged on the longer lever arm exceeds the diameter of the pulley arranged on the shorter lever arm.
  • the invention naturally extends to differently designed clamping systems, in which the lever arms are arranged at an angle deviating from> 70 °, or the lever arms are designed in a different length ratio.
  • the invention also includes tensioning systems whose pulleys are provided with the same diameters, for example.
  • Figure 1 is a schematic representation of the traction drive according to the invention corresponding to the starting operation
  • Figure 2 shows the traction mechanism drive in normal operation
  • Figure 3 shows the traction drive according to Figure 1, supplemented with a spring means with which the tensioning system is applied;
  • Figure 4 shows the clamping system according to Figure 2, provided with a
  • the traction mechanism drive 1 a shown schematically in FIG. 1 is provided with the tensioning system 2 according to the invention, which ensures sufficient tension of the traction mechanism 3, a belt, even when the torque changes in the traction mechanism drive 1 a.
  • the clamping system 2 comprises two pulleys 4, 5 which are arranged at the end on lever arms 6, 7, which are attached to a hub 8 rigidly offset from one another. The entire clamping system 2 can be pivoted about an axis of rotation 9 arranged centrally in the hub 8.
  • the traction mechanism drive 1a provided for an internal combustion engine serves to drive various units of the internal combustion engine.
  • the traction device 3 connects the individual pulleys of the units.
  • the traction mechanism drive 1 a also extends to the starter generator 12, which unites the starter and the generator in one structural unit in comparison to conventional internal combustion engines.
  • a torque is introduced into the traction mechanism drive from the starter generator 12 or the internal combustion engine. H.
  • the direction of the torque changes between the start and normal operation.
  • such a traction mechanism drive 1 a requires a tensioning system 2 with which the respective empty strand is sufficient, ie. H. is slip-free, especially in the area of the starter generator 12.
  • the pulley 4 is assigned to the pull strand 10 and the further belt pulley 5 to the empty strand 11.
  • the pulleys 4, 5 are supported at an angle> 70 ° offset on the traction means 3.
  • the pulley 4 is located near a dead center position, in which this pulley 4 performs the function of a deflection roller for the tensile strand 10.
  • a distance measure (l 2 ) is defined by the direction of a resulting force indicated by the directional arrow, the tensile strand 10 in the area of the pulley 4 and the axis of rotation 9 of the tensioning system 2.
  • the position or the arrangement of the belt pulley 4 in the start mode means that a changed tensile force has no influence on the further belt pulley 5 of the tensioning system 2.
  • the pulley 5 of the tensioning system 2 is supported on the empty strand 11 with a longer distance dimension () than the pulley 4.
  • the resulting force of the empty strand 11, indicated by the directional arrow, is oriented so that it uses the lever arm () which largely corresponds to the maximum length of the lever arm 7 of the clamping system 2.
  • the moment equilibrium is characterized almost exclusively by a spring torque or by a spring force of a spring means, translated to the corresponding distance dimension and the force of the empty strand 11 effective on the distance dimension (H).
  • the wrap angle "oc” with which the traction means 3 wraps around the pulley 4 is greater than the wrap angle "ß" of the pulley 5.
  • the wrap angles, "" and “ß” also determine the belt lengths wound up by the pulleys 3, 4 and affect the belt pretension. Because of the smaller wrap angle " ⁇ ", the pretensioning force in the empty strand 11 of the traction means 3 can be achieved by applying a slight pretensioning of the tensioning system 2.
  • FIG. 2 to 4 show the clamping system 2 in the traction mechanism drives 1b, 1c, 1d. Corresponding components in these figures are provided with the same reference numbers as in FIG. 1, so that reference can be made to the description of FIG. 1 for their description.
  • FIG. 2 shows the traction drive 1 b in normal operation.
  • the traction mechanism drive 1b is supplemented with the pulley, which is assigned to a crankshaft 13 of the internal combustion engine. 1, in which the traction mechanism drive 1a is driven by the starter generator 12, the traction mechanism drive 1b according to FIG. 2 is driven by the pulley connected to the crankshaft 13.
  • the pulley 4 of the tensioning system 2 is assigned to the empty run 11 in the traction mechanism drive 1b.
  • the further pulley 5 of the tensioning system 2 is supported on the tension strand 12 and is loaded with the drive torque of the generator, which leads to a pivoting movement of the tensioning system 2 in the counterclockwise direction.
  • the distance dimension (li) is reduced and at the same time this movement leads to an increase in the distance dimension (l 2 ) of the belt pulley 4.
  • An increased distance dimension (k)> 0 causes a restoring force by the tensioning roller 4 on the further tensioning roller 5 of the tensioning system 2.
  • a moment equilibrium is reached by the spring moment or by the spring force of the spring means, translated to the corresponding distance measure, ie the resulting force of the tensile strand 10 effective on the distance measure (l 2 ) and the force acting on the distance measure (li) of the empty strand 11.
  • the wrap angles " ⁇ , ⁇ " of the traction means 3 on the pulleys 4, 5 also differ.
  • the smaller wrap angle “ ⁇ " on the pulley 5 enables an increased pretensioning force of the traction means 3 in the empty strand.
  • the wrap angle “ ⁇ , ⁇ ” is designed in normal operation in such a way that the pulley 4 loosens the length of the traction means 3 that is released than the pulley 5 exposes at the traction means length. This results in a desired increase in the pretensioning force in the traction means 3, the empty strand 11th
  • the traction mechanism drive 1c shown in FIG. 3 is provided with a combined spring damping unit 14 in addition to the traction mechanism drive 1a shown in FIG.
  • the spring damping unit 14 can also interact with the lever arm 6 of the tensioning system 2.
  • the traction drive 1d shown in FIG. 4 is provided with a spring damping unit 14 in addition to the traction drive 1b shown in FIG.
  • the clamping system 2 can also be provided with components which are separate from one another and are arranged differently, for example a spring means which concentrically surrounds the axis of rotation 9 and is supported at one end on the hub 8 of the clamping system 2. Both mechanical and hydraulic components can be used as spring means.
  • the clamping system 2 shown in FIG. 3 illustrates the geometric structure of the clamping system 2.
  • the lever arms 6, 7 have an aspect ratio of approximately 2: 1.
  • the lever arms 6, 7 are arranged at an angle> 70 °.
  • the tensioning system comprises 2 pulleys 4, 5 of different diameters. The diameter of the pulley 5 arranged at the end on the longer lever arm 7 clearly exceeds the diameter of the further pulley 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Devices For Conveying Motion By Means Of Endless Flexible Members (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb (1a) einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Spannsystem (2) mit zwei starr miteinander verbundenen, um eine Drehachse (9) schwenkbaren Hebelarmen (6, 7) unterschiedlicher Länge, an denen endseitig jeweils eine Riemenscheibe (4, 5) angeordnet ist. Das Spannsystem (2) ist vorgesehen zur federkraftbeaufschlagten Anlage der Riemenscheiben (4, 5) an einem Zugtrum (10) und einem Leertrum (11).

Description

Bezeichnung der Erfindung
Spannsystem für einen riemengetriebenen Startergenerator
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb für ein Startergeneratorkonzept einer Brennkraftmaschine. Der Zugmitteltrieb umfasst eine erste an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnete Riemenscheibe, eine zweite mit dem Startergenerator verbundene Riemenscheibe sowie ein Spannsystem, mit dem eine Vorspannung des Zugtrums und des Leertrums des Zug- mitteltriebs, erreicht werden kann. Der Startergenerator stellt ein Aggregat dar, mit dem abhängig von einem Betriebsmodus die Brennkraftmaschine gestartet, oder bei laufender Brennkraftmaschine elektrische Energie gewonnen werden kann. Damit übernimmt der Startergenerator sowohl die Funktion des Anlassers als auch die eines Generators. Abhängig von dem jeweiligen Betriebsmo- dus wird ein Drehmoment von dem Startergenerator oder der Brennkraftmaschine in den Zugmitteltrieb eingeleitet. Damit verbunden ist ein Wechsel des Leertrums und des Zugtrums in dem Zugmitteltrieb. Auf Grund des wechselseitig gerichteten Drehmoments benötigt das Spannsystem zwei Riemenscheiben, die das jeweilige Leertrum des Zugmittels ausreichend angefedert vorspannen. Hintergrund der Erfindung
Ein Zugmitteltrieb mit einem Spannsystem, das zwei Spannrollen umfasst, die einem Leertrum oder einem Zugtrum zugeordnet sind, ist aus der Offenle- gungsschrift JP 90 144 821 AA bekannt. Der Aufbau des bekannten Zugmitteltriebs umfasst zwei gleichdimensionierte Riemenscheiben, eine Antriebs- und einer Abtriebsscheibe, die über ein Zugmittel, einen Riemen verbunden sind. Das Spannsystem, bestehend aus einem geradlinigen Halter, mit endseitig angeordneten Riemenscheiben, ist mittig ortsfest gelagert. Von den symmet- risch zu der Lagerung des Halter endseitig angebrachten Riemenscheiben ist eine dem Zugtrum und die weitere Riemenscheibe dem Leertrum zugeordnet. Mittels eines außenseitig an dem Hebel angreifenden Federmittels wird eine kraftschlüssige Anlage der Riemenscheiben des Spannsystems an dem Zugmittel gewährleistet. Für das bekannte Spannsystem mit den gleichdimensio- nierten Riemenscheiben für den Zugtrum und den Leertrum sowie der symmetrischen Lagerung, stellt sich im Betriebszustand des Zugmitteltriebs, bedingt durch das Federmittel, ein übereinstimmender Umschlingungswinkel des Riemens an beiden Riemenscheiben des Spannsystems ein.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zu Grunde, ein Spannsystem für einen Zugmitteltrieb zu realisieren, das unabhängig von der Richtung des in den Zugmitteltrieb eingeleiteten Drehmomentes, eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels sicherstellt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die zuvor genannte Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch ein Spann- System gelöst, mit dem das Zugmittel die zwei Riemenscheiben des Spannsystems unabhängig von der Richtung des in den Zugmitteltrieb eingeleiteten Drehmoments mit voneinander abweichenden Umschlingungswinkeln umschlingt. Das erfindungsgemäße Spannsystem gewährleistet damit auch für ein Startergeneratorkonzept - bei dem sich abhängig von dem Betriebsmodus ein Richtungswechsel des in den Zugmitteltrieb eingeleiteten Drehmoments einstellt -, eine ausreichende Vorspannung des jeweiligen Leertrums. Das Spannsystem erfüllt damit zwei voneinander unabhängige Funktionen, die für ein Startergeneratorkonzept notwendig sind. Die Rückwirkung der im Leertrum befindlichen Spannrolle auf die im Zugtrum angeordnete Spannrolle erfolgt in der Weise, dass eine Auslenkung der Riemenscheibe, welche dem Zugtrum zugeordnet ist, ein entsprechendes Gegenmoment aufbringt, um damit die Abstützungs- kraft der dem Leertrum zugeordneten Riemenscheibe zu vergrößern. Diese Wechselwirkung ist begünstigt durch die an drehstarren Hebelarmen angeordneten Riemenscheiben des Spannsystems.
Das erfindungsgemäße kombinierte Spannsystem ermöglicht folglich eine gleichzeitige Vorspannung des Leertrums und des Zugtrums, unabhängig von der Richtung des in den Zugmitteltrieb eingeleiteten Drehmomentes. Damit eignet sich dieses Spannsystem vorzugsweise für ein Startergeneratorkonzept, das selbst bei einem Richtungswechsel des Drehmomentes zwischen dem Startbetrieb und dem Normalbetrieb, eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels sicherstellt.
Das erfindungsgemäße Spannsystem, dessen Riemenscheiben an Hebelarmen unterschiedlicher Länge angeordnet sind, in Verbindung mit einer Führung des Zugmittels, das unterschiedliche Umschlingungswinkel an den Riemenscheiben aufweist, verstärkt gemeinsam die gewünschte Beeinflussung bzw. Rückwirkung zwischen beiden Riemenscheiben, zur verbesserten Vorspannung des jeweiligen Zugmitteltrums.
Erfindungsgemäß sind die Umschlingungswinkel des Zugmittels an den Riemenscheiben so ausgelegt, dass im Normalbetrieb die dem Leertrum zugeordnete Riemenscheibe bei einer Schwenkbewegung des Spannsystems mehr freiwerdende Riemenlänge aufschlauft bzw. kompensiert, als die weitere, dem Zugtrum zugeordnete Riemenscheibe des Spannsystems an Riemenlänge freigibt. Damit ist ein gewünschter Anstieg der Spannkraft im Leertrum erzielbar, was sich positiv auf das Schlupfverhalten des gesamten Zugmitteltriebs auswirkt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Anspruch 1 sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 16.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das erfindungsgemäße Spannsystem in einem Startbetrieb so ausgelegt, dass die dem Zugtrum zugeordnete Riemenscheibe einer Totpunktlage entsprechend ausgerichtet ist. Dabei stimmt die Richtung einer resultierende Zugtrumkraft weitestgehend mit einer Richtung überein, die einer Verbindungslinie zwischen der Drehachse des Spannsystems und der Drehachse der am Zugtrum anliegenden Riemenscheibe ent- spricht. In dieser Totpunktlage nimmt der Hebelarm des Spannsystems eine Position ein, in der die resultierende Zugtrumkraft keine wirksame Hebellänge aufweist. Eine sich dabei verändernde Zugtrumkraft hat keinen Einfluß auf die Verlagerung des Spannsystems. Dieser Effekt tritt dann ein, wenn die resultierende Zugtrumkraft parallel zu bzw. in der Ebene verläuft, die einer gedachten Verbindung zwischen dem Drehpunkt des Spannsystems und dem Drehpunkt der an dem Zugtrum abgestützten Riemenscheibe entspricht.
Neben unterschiedlichen Hebelarmen des Spannsystems sind auch die Umschlingungswinkel des Riemens an der jeweiligen Riemenscheibe voneinander abweichend. Die Riemenscheibe, die mit dem kürzesten Hebelarm an dem Spannsystem abgestützt ist, weist den größten Umschlingungswinkel des Riemens auf. Die weitere im Startbetrieb an dem Leertrum anliegende Riemenscheibe des Spannsystems besitzt dagegen einen geringen Umschlingungswinkel des Riemens. Die Riemenscheibe, die eine größere Riemenlänge auf- schlauft beeinfußt die weitere Riemenscheibe, die sich folglich mit einer erhöhten Vorspannkraft an dem Riemen abstützt. Die Erfindung schließt weiterhin Maßnahmen zur Ausgestaltung des Spannsystems ein, mit denen gezielt die Vorspannkraft des Zugmittels beeinflußbar ist. Beispielsweise bietet es sich an, die Riemenscheiben des Spannsystems an Hebeln unterschiedlicher Länge oder mit abweichenden Abstandsmaßen anzuordnen. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass sich in dem Startbetrieb ein erstes Abstandsmaß zwischen der Drehachse des Spannsystems und einem durch den Drehpunkt der Riemenscheibe geführten, die resultierende Kraft des Leertrums definierenden Richtungspfeil einstellt, das ein zweites Abstandsmaß übertrifft, das den Abstand zwischen der Drehachse des Spann- Systems und einem durch den Drehpunkt der Riemenscheibe geführten, die resultierende Kraft des Zugtrums definierenden Richtungspfeil bestimmt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Startbetrieb, die dem Leertrum zugeordnete Riemenscheibe so an dem Zugmittel abgestützt ist, dass sich ein max. Abstandsmaß zwischen der Drehachse des Spannsystems und dem Richtungspfeil der resultierenden Leertrumkraft einstellt. Das max. Abstandsmaß übertrifft das weitere Abstandsmaß, das sich zwischen der Drehachse des Spannsystems und dem Richtungspfeil der resultierenden Kraft des Zugtrums im Bereich der Riemenscheibe einstellt. Diese Maßnahme ermöglicht eine hohe Vorspannkraft des Zugmittels und sichert damit einen schlupffreien Antrieb, d.h. einen sicheren Start der Brennkraftmaschine.
Für den Normalbetrieb des Zugmitteltriebs stellt sich für das erfindungsgemäße Spannsystem eine von dem Startbetrieb ausgehende begrenzte Verdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn ein. Dabei verkleinert sich das Abstandsmaß zwischen der Drehachse des Spannsystems und der an dem Leetrum abgestützten Riemenscheibe gegenüber dem Startbetrieb. Gleichzeitig vergrößert sich das Abstandsmaß zwischen der Drehachse des Spannsystems und der an dem Zugtrum anliegenden Riemenscheibe.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf einen Zugmitteltrieb, bei dem das Zugmittel, von einer ersten Riemenscheibe des Spannsystems ausgehend die Riemenscheibe des Startergenerators umschließt, bevor des Zugmittel zu der zweiten Riemenscheibe des Spannsystems gelangt. Diese Zugmittelführung gewährleistet eine für die Funktion des Startergenerators erforderliche ausreichende Vorspannung des Zugmittels durch das Spannsystem unabhängig von dem Betriebsmodus des Startergenerators, d.h. der Rich- tung des in den Zugmitteltrieb eingeleiteten Drehmoments.
Das erfindungsgemäße Spannsystem ist weiterhin mit einem wirksamen Federmittel versehen, das eine vorgespannte, angefederte Anlage der Riemenscheiben des Spannsystems an dem Zugmittel sicherstellt. Die Erfindung schließt dazu unterschiedliche Federmittel ein. Abhängig von der Einbausituation, dem vorhandenen Einbauraum sowie unter Berücksichtigung der Kosten kann das Spannsystem mit einem hydraulischem oder mit einem mechanisch wirkenden Federmittel gekoppelt werden. Das Federmittel kann dabei unmittelbar auf einen Hebelarm des Spannsystems wirken oder alternativ im Bereich der Drehachse, beispielsweise eine Nabe des Spannsystems beaufschlagen. Weiterhin schließt die Erfindung ebenfalls ein Spannsystem mit einem kombinierten mechanisch-hydraulisch Federmittel ein.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Spannsystems erfordert weiterhin eine Dämpfungseinrichtung, die eine wirksame Dämpfung insbesondere gegenüber Drehmoment- und/oder Drehzahlschwankungen des Zugmitteltriebs sicherstellen. Die eine weitestgehend stoß- und schlagfreie Zugmittelführung gewährleistende Dämpfungseinrichtung kann dabei separat zu dem Federmittel angeordnet werden oder mit dem Federmittel kombiniert, eine Feder- Dämpfungseinheit bilden.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich auf die geometrische Anordnung bzw. Maßverhältnisse der Hebelarme des Spannsystems. Vorzugsweise bietet es sich an, die Hebelarme des Spannsystems in einem Winkel > 70° zueinander anzuordnen. Ein für die Länge der Hebelarme geeignetes Verhältnis sieht vor, dass der längere Hebelarm den kürzeren Hebelarm zweifach übertrifft. Ein weiteres Auslegungskriterium des erfindungsgemäßen Spannsystems bezieht sich auf die Durchmesser der Riemenscheiben. Danach übertrifft der Durchmesser der am längeren Hebelarm angeordneten Riemenscheibe den Durchmesser der am kürzeren Hebelarm angeordneten Riemenscheibe.
Die Erfindung erstreckt sich selbstverständlich auf abweichend konzipierte Spannsysteme, bei denen die Hebelarme in einem von > 70 ° abweichenden Winkel angeordnet sind, oder die Hebelarme in einem anderen Längenverhältnis ausgelegt sind. Außerdem schließt die Erfindung Spannsysteme ein, deren Riemenscheiben beispielsweise mit gleichen Durchmessern versehen sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung bevorzugte Aus- führungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 in einer schematischen Darstellung den erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb entsprechend dem Startbetrieb;
Figur 2 den Zugmitteltrieb im Normalbetrieb;
Figur 3 den Zugmitteltrieb gemäß Figur 1 , ergänzt mit einem Federmittel, mit dem das Spannsystem beaufschlagt ist;
Figur 4 das Spannsystem gemäß Figur 2, versehen mit einem dem
Spannsystem zugeordneten Federmittel.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Der in Figur 1 schematisch abgebildete Zugmitteltrieb 1a ist versehen mit dem erfindungsgemäßen Spannsystem 2, das auch bei einem Richtungswechsel des Drehmomentes in dem Zugmitteltrieb 1a eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels 3, einem Riemen gewährleistet. Das Spannsystem 2 umfasst zwei Riemenscheiben 4, 5 die endseitig an Hebelarmen 6, 7 angeordnet sind, die versetzt zueinander starr an einer Nabe 8 befestigt sind. Das gesamte Spannsystem 2 ist um eine zentrisch in der Nabe 8 angeordnete Drehachse 9 schwenkbar.
Der für eine Brennkraftmaschine vorgesehene Zugmitteltrieb 1a dient zum Antrieb verschiedener Aggregate der Brennkraftmaschine. Dazu verbindet das Zugmittel 3 die einzelnen Riemenscheiben der Aggregate. Der Zugmitteltrieb 1a erstreckt sich auch auf den Startergenerator 12, der im Vergleich zu her- kömmlichen Brennkraftmaschinen den Anlasser und den Generator in einer Baueinheit vereinigt. Bei einem Startergeneratorkonzept wird abhängig von dem Betriebsmodus ein Drehmoment von dem Startergenerator 12 oder der Brennkraftmaschine in den Zugmitteltreib eingeleitet, d. h. zwischen dem Start- und dem Normalbetrieb wechselt die Richtung des Drehmomentes. Funktions- bedingt verlangt ein derartiger Zugmitteltrieb 1a ein Spannsystem 2, mit dem das jeweilige Leertrum ausreichend, d. h. schlupffrei, insbesondere im Bereich des Startergenerators 12 vorgespannt ist.
Gemäß Figur 1 ist die Riemenscheibe 4 dem Zugtrum 10 und die weitere Rie- menscheibe 5 dem Leertrum 11 zugeordnet. Die Riemenscheiben 4, 5 sind dabei winkelversetzt unter einem Winkel > 70° an dem Zugmittel 3 abgestützt. Die Riemenscheibe 4 befindet sich dabei nahe einer Totpunktlage, in der diese Riemenscheibe 4 für den Zugtrum 10 die Funktion einer Umlenkrolle ausübt. Ein Abstandsmaß (l2) ist dabei definiert durch die Richtung einer durch den Richtungspfeil gekennzeichneten resultierenden Kraft, des Zugtrums 10 im Bereich der Riemenscheibe 4 und der Drehachse 9 des Spannsystems 2. In Fig. 1 geht das Abstandsmaß (l2) dabei gegen null. Die Lage bzw. die Anordnung der Riemenscheibe 4 im Startbetrieb hat zur Folge, dass eine veränderte Zugtrumkraft keinen Einfluss auf die weitere Riemenscheibe 5 des Spannsys- tems 2 nimmt. Die Riemenscheibe 5 des Spannsystems 2 stützt sich mit einem im Vergleich zur Riemenscheibe 4 längeren Abstandsmaß ( ) an dem Leertrum 11 ab. Die resultierende, durch den Richtungspfeil gekennzeichnete Kraft des Leertrums 11 , ist dabei so ausgerichtet, dass diese den Hebelarm ( ) nutzt, der weitestgehend der maximalen Länge des Hebelarms 7 von dem Spannsystem 2 entspricht. In dieser Einbaulage des Spannsystems 2 ist das Momentengleichgewicht nahezu ausschließlich durch ein Federmoment bzw. durch eine Federkraft eines Federmittels, übersetzt auf das entsprechende Ab- standsmaß und die auf das Abstandsmaß (H) wirksame Kraft des Leertrum 11, gekennzeichnet.
Der Umschlingungswinkel „oc", mit dem das Zugmittel 3 die Riemenscheibe 4 umschlingt ist dabei größer als der Umschlingungswinkel „ß" der Riemenschei- be 5. Die Umschlingungswinkel ,«" und „ß" bestimmen gleichfalls die von den Riemenscheiben 3,4 aufgeschlauften Riemenlängen und beeinflussen die Riemenvorspannkraft. Aufgrund des kleineren Umschlingungswinkels „ß" kann die Vorspannkraft im Leertrum 11 des Zugmittels 3 durch Aufbringen einer geringen Vorspannung des Spannsystems 2 erzielt werden.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen das Spannsystem 2 in den Zugmitteltrieben 1b, 1c, 1d. Übereinstimmende Bauteile in diesen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern gemäß Figur 1 versehen, so dass zu deren Beschreibung auf die Beschreibung der Figur 1 verwiesen werden kann.
Figur 2 zeigt den Zugmitteltrieb 1 b im Normalbetrieb. Dabei ist der Zugmitteltrieb 1b mit der Riemenscheibe ergänzt, die einer Kurbelwelle 13 der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Abweichend zu Figur 1 , in der ein Antrieb des Zugmitteltriebs 1a von dem Startergenerator 12 erfolgt, wird der Zugmitteltrieb 1b gemäß Figur 2 von der mit der Kurbelwelle 13 verbundenen Riemenscheibe angetrieben. Die Riemenscheibe 4 des Spannsystems 2 ist in dem Zugmitteltrieb 1b dem Leertrum 11 zugeordnet. Die weitere Riemenscheibe 5 des Spannsystems 2 stützt sich an dem Zugtrum 12 ab und wird mit dem Antriebsmoment des Generators belastet, was zu einer Schwenkbewegung des Spann- Systems 2 im Gegenuhrzeigersinn führt. Dabei verringert sich das Abstandsmaß (li) und gleichzeitig führt diese Bewegung zu einer Vergrößerung des Abstandsmaßes (l2) der Riemenscheibe 4. Ein vergrößertes Abstandsmaß (k) > 0 bewirkt eine Rückstellkraft durch die Spannrolle 4 auf die weitere Spannrolle 5 des Spannsystems 2. Ein Momentengleichgewicht ist erreicht durch das Federmoment bzw. durch die Federkraft des Federmittels, übersetzt auf das entsprechende Abstandsmaß, d.h. die auf das Abstandsmaß (l2) wirksame resultierende Kraft des Zugtrums 10 sowie die auf das Abstandsmaß (li) wirksame Kraft des Leertrums 11. Die Umschlingungswinkel „α, ß" des Zugmittels 3 an den Riemenscheiben 4, 5 unterscheiden sich ebenfalls. Der kleinere Umschlingungswinkel „ß" an der Riemenscheibe 5 ermöglicht eine erhöhte Vorspannkraft des Zugmittels 3 in dem Leertrum. Die Auslegung der Umschlingungswinkel „α, ß" im Normalbetrieb erfolgt so, dass die Riemenscheibe 4 mehr freiwer- dende Länge des Zugmittels 3 aufschlauft, als die Riemenscheibe 5 an Zugmittellänge freigibt. Damit ergibt sich ein gewünschter Anstieg der Vorspannkraft im Zugmittel 3, dem Leertrum 11.
Der In Figur 3 abgebildete Zugmitteltrieb 1c ist ergänzend zu dem in Figur 1 abgebildeten Zugmitteltrieb 1a mit einer kombinierten Feder-Dämpfungseinheit 14 versehen. Diese an dem Hebelarm 7 des Spannsystems 2 angreifende Feder-Dämpfungseinheit 14 bewirkt einerseits eine ausreichende Vorspannung des Zugmittel 3 und verhindert andererseits nachteilige Ausschläge des Spannsystems, die beispielsweise durch den Unförmigkeitsgrad der Brenn- kraftmaschine im Normalbetrieb hervorgerufen werden. Alternativ kann die Feder-Dämpfungseinheit 14 auch mit dem Hebelarm 6 des Spannsystems 2 zusammenwirken.
Der in Figur 4 abgebildete Zugmitteltrieb 1d ist ergänzend zu dem in Figur 2 abgebildeten Zugmitteltrieb 1 b mit einer Feder-Dämpfungseinheit 14 versehen.
Alternativ zu der kombinierten Feder-Dämpfungseinheit 14 kann das Spannsystem 2 auch mit voneinander getrennten Bauelementen versehen werden, die unterschiedlich angeordnet sind, beispielsweise ein Federmittel, das die Drehachse 9 konzentrisch umschließt und mit einem Ende sich an der Nabe 8 des Spannsystems 2 abstützt. Als Federmittel können sowohl mechanische als auch hydraulische Bauelemente eingesetzt werden. Das in Figur 3 abgebildete Spannsystem 2 verdeutlicht den geometrischen Aufbau des Spannsystems 2. Die Hebelarme 6, 7 besitzen dabei ein Längenverhältnis von ca. 2:1. Dabei sind die Hebelarme 6, 7 unter einem Winke > 70° angeordnet. Weiterhin umfasst das Spannsystem 2 Riemenscheiben 4, 5 unterschiedlichen Durchmessers. Der Durchmesser der endseitig an dem längeren Hebelarm 7 angeordneten Riemenscheibe 5 übertrifft deutlich den Durchmesser der weiteren Riemenscheibe 4.
Bezugszahlen
a Zugmitteltrieb b Zugmitteltrieb c Zugmitteltrieb d Zugmitteltrieb
Spannsystem
Zugmittel
Riemenscheibe
Riemenscheibe
Hebelarm
Hebelarm
Nabe
Drehachse 0 Zugtrum 1 Leertrum 2 Startergenerator 3 Kurbelwelle 4 Feder-Dämpfungseinheit
(lι) Abstandsmaß
(b) Abstandsmaß
Umschlingungswinkel
-ß" Umschlingungswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Zugmitteltrieb (1a, 1b, 1c, 1d) einer Brennkraftmaschine, umfassend zumindest eine erste einer Kurbelwelle (13) zugeordnete Riemenscheibe und eine zweite mit einem Startergenerator (12) verbundene Riemenscheibe sowie zwei Riemenscheiben (4, 5) eines Spannsystems (2), die gemeinsam durch ein Zugmittel (3) verbunden sind, das Spannsys- tem (2) schließt zwei starr miteinander verbundene, um eine Drehachse
(9) schwenkbare Hebelarme (6, 7) unterschiedlicher Länge ein, an denen endseitig eine federnd an dem Zugmittel (3) abgestützte Riemenscheibe (4, 5) angeordnet ist, wobei abhängig von einem Betriebsmodus des Startergenerators (12) zwischen einem Startbetrieb und einem Normalbetrieb, ein Richtungswechsel eines Drehmomentes erfolgt, das wahlweise von der Brennkraftmaschine oder dem Startergenerator (12) in das Zugmittel (3) eingeleitet wird, und mit dem Richtungswechsel des Drehmomentes gleichzeitig ein Wechsel eines Leertrums und eines Zugtrums in dem Zugmitteltrieb erfolgt, wobei das Zugmittel (3) mit von- einander abweichenden Umschlingungswinkeln (oc, ß) die Riemenscheiben (4, 5) des Spannsystems (2) umschlingt.
2. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei die Riemenscheibe (4) des Spannsystems (2) in dem Startbetrieb des Startergenerators (12) in ei- ner Totpunktlage an dem Zugtrum (10) anliegt, bei der eine Richtung der resultierenden Kraft des Zugtrums (10) weitestgehend mit einer Verbindungslinie zwischen der Drehachse (9) des Spannsystems (2) und einer Drehachse der Riemenscheibe (4) übereinstimmt (Fig.1).
3. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1 , wobei der Umschlingungswinkel (α) der Riemenscheibe (4) den Umschlingungswinkel (ß) der Riemenscheibe (5) unabhängig von dem Betriebsmodus des Startergenerators (12) übertrifft.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1 , wobei sich in dem Spannsystem (2) im Startbetrieb ein erstes Abstandsmaß (I.) zwischen der Drehachse (9) des Spannsystems (2) und einem durch den Drehpunkt der Riemenscheibe (5) geführten, die resultierende Kraft des Leertrums (11) definierenden Richtungspfeil, ein zweites Abstandsmaß (I2) übertrifft, das einen Abstand zwischen der Drehachse (9) des Spannsystems (2) und einem durch den Drehpunkt der Riemenscheibe (4) geführten, die resultierende Kraft des Zugtrums (10) definierenden Richtungspfeil bestimmt.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 4, wobei im Startbetrieb die Riemenscheibe (5) mit einem maximalen Abstandsmaß (l2) zu der Drehachse (9) des Spannsystems (2) an dem Leertrum (11) anliegt (Fig.1).
6. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei in dem Normalbetrieb sich das Abstandsmaß ( ) zwischen der Drehachse (9) des Spannsystems (2) und der an dem Leertrum (11 ) abgestützten Riemenscheibe (5) gegenüber dem Startbetrieb verkleinert und gleichzeitig sich das Abstandsmaß (I1) zwischen der Drehachse (9) des Spannsystems (2) und der an dem Zugtrum (10) anliegenden Riemenscheibe (4) vergrößert (Fig. 2).
7. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1 , wobei das Zugmittel (3) von der ersten Riemenscheibe (4) des Spannsystems (2) ausgehend zunächst die Riemenscheibe des Startergenerators (12) umschließt, bevor das Zug- mittel (3) zu der zweiten Riemenscheibe (5) des Spannsystems (2) gelangt.
8. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1 , wobei das Spannsystem (2) durch ein hydraulisches Federmittel vorgespannt ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, dessen Spannsystem (2) mittels eines mechanischen Federmittels vorgespannt ist.
10. Zugmitteltrieb nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem das Federmittel unmittelbar mit einem der Hebelarme (6, 7) des Spannsystems (2) zusammenwirkt.
11. Zugmitteltrieb nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, mit einem an der Drehachse (9) des Spannsystems (2) angeordneten Federmittel, das unmittelbar eine Nabe (9) des Spannsystems (2) beaufschlagt.
12. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, bei dem eine Dämpfungseinrichtung dem Spannsystem (2) zugeordnet ist.
13. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, bei dem das Spannsystem (2) mit einer kombinierten Feder-Dämpfungseinheit (14) zusammenwirkt (Fig. 3).
14. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei die Hebelarme (6, 7) des Spannsystems (2), an denen jeweils endseitig eine Riemenscheibe (4, 5) angeordnet ist, in einem Winkel > 70 ° zueinander ausgerichtet sind.
15. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei die Länge des Hebelarms (7) gegenüber der Länge des Hebelarms (6) in einem Verhältnis 2:1 ausgelegt ist.
16. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesser der Riemenscheibe (5) den Durchmesser der Riemenscheibe (4) übertrifft.
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