Vor der Integration von Freilaufkupplungen in die Riemenscheiben von Lichtmaschinen fiel deren Leistung deutlich geringer aus und galt bei 60 Ampere bereits als hoch. Heutzutage hingegen liegen 60 Ampere aufgrund der zunehmend verbauten Elektronik in Fahrzeugen unter der Mindestleistung von Lichtmaschinen. Zum Schutz des Riemens vor vorzeitiger Abnutzung wurde der Einsatz von Lichtmaschinen-Freilaufriemenscheiben erforderlich. Im Folgenden erklären wir detailliert, wie diese funktionieren.
Lebensdauer des Hilfsantriebsriemens
Wenn in Verbrennungsmotoren die Pendelbewegung der Kolben in die Drehung der Kurbelwelle umgewandelt wird, kommt es unweigerlich zu Torsionsschwingungen. Je nach Betriebsart und abhängig von den Starts und Stopps des Motors unterliegt zudem die Drehzahl ständigen Änderungen. Diese beiden Begebenheiten führen zur Entstehung ungleichmäßiger Kräfte, welche wiederum der Lebensdauer des Hilfsantriebsriemens abträglich sind. Hinzu kommt die Eigenträgheit der riemengetriebenen Einheiten, die eine sofortige Synchronisation ihrer Rotation mit der Drehbewegung der Kurbelwellen-Riemenscheibe verhindert und zusätzliche Belastungen verursacht. Bei jeder Änderung der Riemengeschwindigkeit verursacht der geringste Schlupf einen Verschleiß des Riemens.
Insbesondere bei modernen Fahrzeugen mit ihrer Vielzahl stromverbrauchender Bordgeräte wird das Problem zusätzlich verschärft, da ein sehr großer Generator erforderlich wird, dessen Rotor wiederum eine erhebliche Trägheit aufweist. Dies führt zu folgenden Schwierigkeiten:
- hohe Belastung des Riemens, sowohl beim Anlassen des Motors als auch bei erhöhter Geschwindigkeit;
- ungleichmäßige Bewegungen und Schlupf des Riemens auf der Lichtmaschinen-Riemenscheibe.
Diese Phänomene beschleunigen naturgemäß den Verschleiß sowohl des Antriebsriemens als auch der anderen Antriebskomponenten.
Die Generator-Freilaufriemenscheibe:
Um diese Probleme zu minimieren, wurde eine Freilaufkupplung entwickelt und in die Konstruktion der Lichtmaschinen-Freilaufriemenscheibe (OAP) integriert. So kann sich der Rotor der Lichtmaschine beim Abbremsen und Anhalten des Motors frei drehen. Wer schon einmal Fahrrad gefahren ist, kennt diesen Effekt: Wenn Sie aufhören zu treten, blockiert das Hinterrad nicht, sondern dreht sich dank eines ähnlichen Mechanismus in der Hinterradachse frei weiter.
Betrachten wir die gängigste Variante dieses Freilaufs. Der Einfachheit halber stellen wir die Konstruktion der Lichtmaschinen-Freilaufriemenscheibe in Form von zwei Ringen dar: ein Innen- und ein Außenring. Der Innenring ist an der Welle der Lichtmaschine befestigt. Der Außenring wiederum ist nicht fest mit der Welle verbunden, sondern ist mit dem Antriebsriemen verzahnt. Zwischen den beiden Teilen befinden sich in speziellen Aussparungen im Innenring Rollen. Die Aussparungen haben ein unregelmäßiges Profil. Überschreitet die Geschwindigkeit des Außenrings die Geschwindigkeit des Innenrings, bewegen sich die Rollen nach außen, wo die Schlitze weniger tief sind, und geraten zwischen die beiden Ringe. Dadurch werden die beiden Ringe miteinander verbunden und das Drehmoment wird vom Riemen auf die Rotorwelle des Generators übertragen. Wenn der Motor abbremst und der Rotor aufgrund seiner Trägheit schneller als der Motor wird, bewegen die Rollen sich in den tieferen Teil der Schlitze. Nun sind sie nicht mehr zwischen den beiden Ringen eingeklemmt, wodurch der Innenring frei drehen kann, während die Rollen einfach gegen den Außenring rotieren und so den Riemenschlupf mindern.
Freilaufmechanismus in der Riemenscheibe einer Lichtmaschine
- Innenring
- Rolle
- Außenring
Der Generator-Freilaufentkoppler
Wenn es beim Starten des Motors zu einem steilen Anstieg der Drehzahl kommt, kann eine weitere Variante einer solchen Kupplung zur Hilfe kommen, nämlich der Generator-Freilauf-Entkoppler (OAD). Er verfügt zusätzlich zu sämtlichen vorgenannten Merkmalen über eine Feder oder einen Elastomerdämpfer. Bei einer konventionellen Freilaufkupplung kann sich der Innenring nur in Vorwärtsrichtung frei gegen den Außenring drehen. Durch Integration eines zusätzlichen Dämpfers wird eine leichtgängige und freie Drehung des Innenrings auch in die entgegengesetzte Richtung möglich. Dadurch lässt sich beim Start bzw. bei plötzlichen Drehzahlerhöhungen die Drehzahl der Lichtmaschine/des Generators mit der des Riemens synchronisieren.
Austausch von Freilaufkupplungen
Bei allen förderlichen Eigenschaften für die Lebensdauer der Nebenantriebskomponenten unterliegen die Freilaufkupplungen jedoch auch selbst einem natürlichen Verschleiß und müssen von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Die Lebensdauer hängt dabei natürlich von den Betriebsbedingungen ab, wobei die Ausfallwahrscheinlichkeit nach 100.000 Kilometern deutlich ansteigt. Werden die Anzeichen für eine defekte Freilaufkupplung bei der turnusmäßigen Wartung oder Diagnose übersehen, führt dies zu einem vorzeitigen Ausfall des Riemens und anderer Einheiten, die er schützen soll. Wir erläutern daher im entsprechenden Bereich des GatesTechZone-Portals die unterschiedlichen Symptome solcher Fehlfunktionen und geeignete Diagnosemethoden für Generator-Freilaufriemenscheiben und Generator-Freilaufentkoppler.
Heutzutage sind immer mehr Autos mit Generator-Freilaufriemenscheiben ausgestattet. Es gilt unbedingt zu beachten, dass die verschiedenen Riemenscheibenarten nicht gegenseitig austauschbar sind. Daher muss für jedes Modell das entsprechende Produkt aus dem Katalog ausgewählt werden. Hier kommt unser Online-Katalog GatesAutoCat ins Spiel.