Die Automobilindustrie ist dynamisch und ihre Technologie hat sich ständig weiterentwickelt, um strenge Umweltvorschriften zu erfüllen und den Fahrkomfort zu erhöhen. Eine wichtige Innovation in dieser Entwicklung ist das Start-Stopp-System. Es wurde vor über zwei Jahrzehnten eingeführt und hat sich seitdem erheblich weiterentwickelt. Riemen-Starter-Generatoren (BSG) und Gates E-Start™ Micro-V® Riemen spielen eine entscheidende Rolle in modernen Mild-Hybrid-Fahrzeugen. Diese Komponenten tragen zur Kraftstoffeffizienz bei und sorgen für ein ruhigeres und leiseres Fahrgefühl, was sie für nachhaltige Automobillösungen unverzichtbar macht.
- Ein Insiderbericht über die Start-Stopp- und BSG-Technologie
Die ersten Start-Stopp-Systeme kamen Anfang der 2000er Jahre auf den Markt. Sie haben dazu beigetragen, die Emissionen zu verringern, indem sie Kraftstoff sparen, wenn der Motor nicht benötigt wird. Z. B. wenn das Fahrzeug an einer roten Ampel steht.
Bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Funktion wird bei einigen Modellen der Motor über die Lichtmaschine statt über den Anlasser gestartet. In solchen Fällen wird die Lichtmaschine vorübergehend zu einem Elektromotor, der auch als Belt Starter Generator (BSG) bezeichnet wird. Wenn das BSG in einen Elektromotor umgewandelt wird, zieht es den mit der Kurbelwelle verbundenen Keilriemen, wodurch sich die Kurbelwelle dreht und der Motor nach dem Abstellen wieder anläuft.
Solche Systeme erfordern eine höhere Riemenspannung und einen größeren Kraftschluss, um reibungslos zu funktionieren. Sie haben aber den großen Vorteil, dass sie schneller sind als ein herkömmlicher Anlasser. Sie sind auch viel leiser.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat Gates einen robusteren Riemen entwickelt, der die erforderliche Zugkraft übertragen kann und viele Startvorgänge während seiner Lebensdauer übersteht.
Dieser Start-Stopp-System-Riemen (siehe Abbildung 3) weist Verbesserungen auf, wie z. B. Aramid-Cord für zusätzliche Stärke und Haltbarkeit (1) und verbessertes EPDM-Gummimaterial für einen leiseren Betrieb (2). Das gummierte Gewebe auf der Rückseite des Riemens bietet zusätzlichen Schutz, Plastizität und Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturschwankungen (3).
Abbildung 3:
- Entwicklung des Start-Stopp-Technik-Systems
Dieses System wurde mit der Einführung eines Systems mit zwei Spannern (siehe Abbildung 4) für die damaligen Dieselfahrzeuge erheblich weiterentwickelt, wodurch der Riemen besser auf der Riemenscheibe der Lichtmaschine gehalten werden konnte.
Abbildung 4
Die Bilder 5 und 6 zeigen, wie sich die beiden Spanner an die Anforderungen des Systems anpassen.
Diese Abbildung (5) zeigt, wie der Motor traditionell den Riemen zieht. Der Spanner, der sich zwischen der Riemenscheibe der Lichtmaschine und der Kurbelwelle befindet, arbeitet in diesem Fall härter, da der Riemen an dieser Stelle weniger Spannung hat (1).
Abbildung 5
- Verbrennungsmotor Start-Stopp-Modus
Diese (Abbildung 6) zeigt, wie die Kräfte im System vorübergehend verändert werden. Beim Anlassen wird die Lichtmaschine zum Anlasser und zieht den Riemen, während der Motor abgestellt ist. Dadurch wird der Punkt zwischen der Riemenscheibe der Lichtmaschine und der Kurbelwelle gespannt und der dort untergebrachte Spanner gedrückt (1). In der Zwischenzeit spannt der andere Spanner den Riemen vor der Riemenscheibe der Lichtmaschine auf der losen Seite (2), um zu verhindern, dass die Traktion beim Anfahren verloren geht.
Abbildung 6
Mild-Hybrid-Systeme können als eine Weiterentwicklung von Stop-Start-Systemen mit einem BSG angesehen werden. Die Verbesserung dieser Systeme wird durch die Fähigkeit des BSG bestimmt, den Verbrennungsmotor zu bestimmten Zeiten zu unterstützen, z. B. beim Anfahren nach einer Ampel oder wenn ein zusätzliches Drehmoment erforderlich ist (Boost-Modus). Dank dieses neuen Systems haben zahlreiche Fahrzeuge im EMEA-Park ihre Schadstoffemissionen reduziert und können die strengeren Emissionsgrenzwerte einhalten.
Um das zusätzliche Drehmoment des BSG zu nutzen und das regenerative Bremsen voll auszuschöpfen, mussten die Spannvorrichtungen mit dem System weiterentwickelt werden. Bei einem System mit zwei unabhängigen Spannern wäre die Leistung des regenerativen Bremsens und des Boost-Modus eingeschränkt. Die Verwendung eines Sidewinder-Spanners ermöglicht es jedoch, die gesamte Kraft mit weniger Spannung zu übertragen.
Abbildung 7 zeigt eine Reihe von verschiedenen Sidewinder-Konstruktionen, die alle auf ähnliche Weise funktionieren.
Abbildung 7
Dieses neuartige Spannsystem (Abbildung 8) funktioniert über eine mechanische Verbindung zwischen den Riemenscheiben auf beiden Seiten der Lichtmaschinenriemenscheibe. Wenn ein Teil des Riemens gespannt ist, wird der weniger gespannte Teil durch die Drehbewegung des Spanners sofort nachgespannt. Schauen wir uns an, wie es in den verschiedenen Betriebsarten funktioniert.
Abbildung 8
Start-Stopp-Anwendung
Dieser Modus (Bild 9) funktioniert ähnlich wie herkömmliche Start-Stopp-Systeme. Bei der Zündung zieht das BSG, das zu einem Elektromotor wird, den Riemen an, um die Kurbelwelle zu drehen und den Motor zu starten. Dank der mechanischen Verbindung drückt der Riemen, wenn die Lichtmaschine ein Drehmoment auf den Riemen ausübt, die Spannrolle auf die gespannte Seite. Der Spanner dreht sich dann um sich selbst (1) und spannt die schlaffe Seite des Riemens (2), so dass dieser nicht auf der Riemenscheibe der Lichtmaschine durchrutscht. Dieser Vorgang läuft sehr schnell und leise ab, so dass der Fahrer ihn manchmal gar nicht bemerkt.
Abbildung
- Modus "Drehmomentunterstützung“
In bestimmten Fahrsituationen (siehe Abbildung 10) unterstützt das BSG den Verbrennungsmotor, z. B. beim Anfahren an einer Ampel bei niedrigen Drehzahlen, wo der Verbrennungsmotor weniger effizient ist und das BSG sein maximales Potenzial entfaltet. In diesem Modus läuft derselbe Vorgang ab wie beim Start, aber das BSG wendet ein viel höheres Drehmoment (1) für eine längere Zeit an. Die mechanische Verbindung der Spannrollen des Sidewinders ist aufgrund des hohen übertragenen Drehmoments besonders wichtig.
Abbildung 10
- Regeneratives Bremsverhalten
Beim Abbremsen nutzt das BSG die Trägheit des Fahrzeugs, um die Batterie zu laden. Infolgedessen widersetzt sich die BSG-Welle stärker der Drehung (siehe Abbildung 11), wodurch sich die Riemenspannung (1) erhöht und der Spanner gezwungen wird, sich wie in der nachstehenden Abbildung dargestellt zu positionieren.
Abbildung 11
Je nach Fahrzeug und Ausstattung kann in bestimmten Situationen ein Leerlaufbetrieb möglich sein. In diesem Modus kann der Verbrennungsmotor während der Fahrt mit einer bestimmten Geschwindigkeit (zwischen 55 und 160 km/h) abgeschaltet werden, um die Trägheit zu nutzen und weniger Kraftstoff zu verbrauchen.
Durch diese Betriebsarten dreht sich der Seitenspanner ständig um sich selbst und passt die Spannung je nach der aktuellen Betriebsart an die eine oder andere Seite der Lichtmaschine an. Da diese Spannvorrichtungen stärker beansprucht werden und im Dauerbetrieb arbeiten, haben sie oft eine vom Fahrzeughersteller festgelegte Wartungsfrist. Der Zeitraum liegt normalerweise zwischen 90.000 und 140.000 km. Gates bietet Ersatzteilsätze an, bei denen sowohl der Spanner als auch der Riemen mitgeliefert werden, um eine höhere Garantie für die Reparatur zu gewährleisten.