Nebenaggregatetrieb (FEAD) Technik Schadensdiagnose

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Nebenaggregatetrieb (FEAD)

Technik

Schadensdiagnose

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Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co. KG Januar 2017

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2 Nebenaggregate

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Seite

1 Einleitung 6

2 Nebenaggregatetrieb 7

2.1 Keilrippenriemen 8

2.2 Umlenkrollen 9

2.3 Spannelemente 10

3 Freilauf-Riemenscheiben 12

3.1 Freilauf-Riemenscheibe am Generator 12

3.2 Funktionsprüfung, Aus- und Einbau 16

4 Riemenscheibenentkoppler 17

5 Kühlmittelpumpe 19

5.1 Kühlkreislauf 19

5.2 Kühlmittelpumpe 20

6 Schadensdiagnose 22

6.1 Keilrippenriemen 22

6.2 Spann- und Umlenkrollen 24

6.3 Kühlmittelpumpe 27

7 Service 31

Inhalt

2 Nebenaggregate Inhalt

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1 Einleitung

Die Bedeutung des Nebenaggregatetriebes in Kraft fahrzeugen ist heute, im Vergleich zu früher, deutlich größer.

In einem luft gekühlten Motor, z.B. beim VW Käfer, hatte der Keilriemen lediglich die Aufgabe, den Generator anzutreiben und somit die Fahrzeugbatterie aufzuladen.

Das Spannen des Keilriemens erfolgte durch Einle- gen unterschiedlicher Distanzscheiben zwischen die zweigeteilte Riemenscheibe des Generators.

Bei wassergekühlten Motoren wurde zusätzlich die Kühlmittelpumpe im Nebenaggregatetrieb angetrieben.

Der Keilriemen musste dadurch einen längeren Weg zurücklegen um die Bauteile miteinander zu verbinden.

Das Spannen des Keilriemens wurde hier durch ein verdrehen des Generatorgehäuses realisiert.

Mit steigenden Komfortansprüchen kamen Lenkhelf- pumpe und später der Klimakompressor zum Neben- aggregatetrieb hinzu. Außerdem stieg durch immer mehr Elektronik im Fahrzeug der Bedarf an Ladekapazität.

Die Ladeleistung der Generatoren wurde entsprechend größer und das zu übertragende Drehmoment stieg stark an. Mit dem klassischen Keilriemen konnte dies nicht mehr realisiert werden. Der heutzutage übliche, flache Keilrippenriemen löste nach und nach den klassischen Keilriemen im Nebenaggregatetrieb ab. Durch seine flache gerippte Struktur kann er wesentlich höhere Drehmomente übertragen. Außerdem ermöglicht er kleinere Umschlingungsradien und damit größere Über- setzungsverhältnisse.

Um den Keilrippenriemen zu den einzelnen Bauteilen zu führen werden Umlenkrollen im Nebenaggregate- trieb verwendet. Für seine nötige Spannung sorgen, je nach Anforderung, unterschiedliche Arten von Spann- elementen.

Eine zusätzliche Beanspruchung stellen Start/Stopp Systeme für den Nebenaggregatetrieb dar, da bei jedem Startvorgang der Schlupf des Keilrippenriemens, gerade im Losbrechmoment des Startvorganges, besonders hoch ist.

Auf Grund dieser Faktoren hat die Prüfung des Neben- aggregatetriebes im Zuge einer Wartung bei modernen Motoren eine viel höhere Bedeutung als in der Vergan- genheit.

Alle relevanten Bauteile für die optimale Funktion des Nebenaggregatetriebes unterliegen der gleichen Be- anspruchung und sollten deshalb idealerweise gleich- zeitig ausgetauscht werden. Deshalb bietet Schaeff ler Automotive Aft ermarket hierfür das individuell auf das jeweilige Fahrzeug und den entsprechenden Motor abgestimmte FEAD-KIT (Front End Auxiliary Drive) an.

Entwicklung des Nebenaggregatetriebs

60-er

Die Kurbelwelle treibt über einen Keilriemen die Lichtmaschine an.

Zusätzlich zur Lichtmaschine muss die Lenkhelfpumpe angetrieben werden.

Ein zusätzlicher Klimakompres- sor erhöht weiter die Anforde- rungen an den Nebenaggregate- trieb.

Klimakompressor, Lenkhelfpum- pe, Start-Stop-Systeme – die Belastung für den Nebenaggre- gatetrieb steigt weiter.

70-er 90-er Heute

1 Einleitung

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2 Nebenaggregatetrieb

Nebenaggregatetriebe können in einen oder mehrere Riementriebe aufgeteilt sein, meistens sind sie aber als Ein- zeltrieb, dem sogenannten „Serpentinentrieb“, ausgelegt.

Ein Keilrippenriemen überträgt dabei die Drehbewegung der Kurbelwelle auf die anzutreibenden Aggregate. Um dies mit einem geringstmöglichen Schlupf zu gewährleisten, muss der Keilrippenriemen gespannt werden. Dies erfolgt mittels eines mechanischen oder hydraulischen Spannelements.

Umlenkrollen ermöglichen zudem sehr enge Umschlin- gungsradien des Keilrippenriemens um die anzutreibenden Aggregate.

Dies ist, gerade unter Berücksichtigung immer kleiner wer- dender Motoren (Downsizing) von Vorteil. Je geringer die Zylinderzahl eines Motors ist, desto größer ist auch seine Dreh-Ungleichförmigkeit. Dies stellt für den gesamten Ne- benaggregatetrieb eine starke Belastung dar.

Die Arbeitstakte Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Aus- stoßen führen bei 4-Takt-Motoren zu einer Beschleunigung und Verzögerung der Kurbelwelle. Dadurch entstehen Dreh-Ungleichförmigkeiten, die über den Riementrieb an alle Motornebenaggregate übertragen werden.

Bei einem Dieselmotor mit 40% Dreh-Ungleichförmigkeit und einer Leerlaufdrehzahl von 800 min^–1 variiert die tat- sächliche Motordrehzahl zwischen 640 min^–1 und 960 min^–1. Das führt dazu, dass die Drehmassen (z. B. der Generator) im Nebenaggregatetrieb beschleunigt und verzögert werden.

Hierdurch kann es zu unerwünschten Reaktionen im Neben- aggregatetrieb kommen, die sich unter anderem in nicht akzeptablem Geräuschverhalten, hohen Spanner- und Rie- menkräft en, starken Riemenschwingungen und frühzeitigem Verschleiß äußern.

Um die Auswirkungen der Dreh-Ungleichförmigkeiten auf den Nebenaggregatetrieb zu minimieren, werden deshalb, je nach Anforderung des Fahrzeugherstellers, unterschiedliche Arten von Bauteilen, wie z. B. Spannelemente, Freilauf- Riemenscheiben oder Riemenscheibenentkoppler, zur Be- ruhigung verwendet.

min^-1 Ursachen Dreh-Ungleichförmigkeit an der Kurbelwelle

Abwärts- bewegung 950

900 850 800 750 700 650

t

Aufwärts- bewegung

1 2

bewegung

2 1

Nebenaggregatetrieb

2 Nebenaggregate

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2.1 Keilrippenriemen

Der klassische Keilriemen wird durch eine keilförmige Riemenscheibe, die auf der Kurbelwelle montiert ist, angetrieben. Über seine Flanken überträgt er die Dreh- bewegung der Kurbelwelle auf die Aggregate.

Sein Elastomerkörper besteht aus einer abriebstabilen Kautschukmischung, in die aus Polyesterfasern be- stehende Zugstränge eingebettet sind. Im Rücken des Keilriemens befi ndet sich zusätzlich ein Gewebe, das als Versteifung und Verstärkung dient. Auf Grund seiner Keilform hat er eine schlechte Rückenflexibilität, wes- halb er nur bedingt umgelenkt werden kann. Außerdem können Aggregate nur mit seiner Innenseite angetrieben werden.

Der heute gebräuchliche Keilrippenriemen hat eine flache Bauform mit mehreren aneinandergereihten Rippen. Hier besteht der Elastomerkörper, mit samt seiner Rückenstruktur, aus besonders abriebstabilem synthetischem Kautschuk. Seine Rippenbeschichtung wirkt geräuschdämmend und gewährleistet auch bei Fluchtungsfehlern ein gutes Geräuschverhalten. Die Zugstränge werden vorwiegend aus hochverstreckten Polyesterfasern gefertigt und sind besonders längen- stabil. Ein neutrales Ablaufverhalten gewährleisten die paarweise eingebetteten, linksdrehend und rechtsdre- hend verzwirnten Fasern. Mit dem Keilrippenriemen sind wesentlich kleinere Umschlingungsradien möglich, wodurch sich hohe Übersetzungsverhältnisse realisieren lassen. Außerdem können sie beidseitig und mit Gegen- biegung betrieben werden.

Dadurch ist ein Keilrippenriemen in der Lage, relativ viele Aggregate auf engstem Bauraum anzutreiben. Ab- hängig vom zu übertragenden Drehmoment variiert die Anzahl der Rippen und somit seine Breiten.

Ein elastischer Keilrippenriemen unterscheidet sich optisch kaum vom normalen Keilrippenriemen. Auch seine Bestandteile sind weitestgehend aus identischen Materialien. Lediglich die Zugstränge bestehen hier aus elastischen Polyamidfasern. Er wird mit einer Initialvorspannung montiert und hält seine Spannung über die gesamte Lebensdauer, deshalb ist hier ein Spannelement nicht notwendig. Ist vom Fahrzeug- hersteller werksseitig ein elastischer Keilrippenriemen verbaut, darf dieser auch nur durch einen elastischen Keilrippenriemen ersetzt werden. Um ihn beim Mon- tieren nicht zu beschädigen, muss in der Regel ein Spezialwerkzeug verwendet werden.

Elastomerkörper mit Rückenstruktur

Zugstränge

Rippenbe- schichtung Keilriemen

Keilrippenriemen

beidseitig profi lierter Keilrippenriemen

Schnittdarstellung Keilrippenriemen

2 Nebenaggregate

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2.2 Umlenkrollen

Um den Verlauf des Keilrippenriemens an die vorhande- nen Nebenaggregate anzupassen werden Umlenkrollen eingesetzt. Zusätzlich dienen sie auch als Beruhigungs- rollen, um mögliche Riemenschwingungen bei zu großen Trumlängen zu kontrollieren. Sie werden speziell auf jeden Anwendungsfall abgestimmt und ermöglichen eine optimale und individuelle Riementriebgestaltung.

Die Lauff läche ist, je nach Anforderung, glatt oder profi liert und besteht aus einer Stahl- oder Kunststoff -

Laufscheibe, in die ein einreihiges oder zweireihiges Rillenkugellager eingebettet ist.

Umlenkrollen werden nach der Montage meistens mit einer Kunststoff -Schutzkappe versehen. Es können aber auch speziell geformte Stahlschutzkappen für den Schutz der Lagerung verwendet werden. Diese werden zusammen mit der Umlenkrolle verschraubt.

Einreihige Rillenkugellager…

… sind modifi zierte Kugellager, die ruhiger laufen.

… sind verbreitert ausgeführt und bieten mehr Fettvolumen.

… haben höhere Tragzahlen als vergleichbare Standardlager.

… mit Kunststoff -Rollen zeichnen sich durch ein Rändel am Außenring des Lagers als Verdreh- sicherung aus.

Zweireihige Rillenkugellager…

… sind hoch belastbar.

… sind verbreitert ausgeführt und bieten mehr Fettvolumen.

… mit Kunststoff -Rollen zeichnen sich durch ein Rändel am Außenring des Lagers als Verdrehsicherung aus.

Einreihige Rillenkugellager Zweireihige Rillenkugellager Umlenkrollen

2 Nebenaggregate

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Die automatischen Spannelemente halten dagegen nahezu über die gesamte Lebensdauer die konstante Riemenspannung und gleichen zusätzlich Toleranzen der Triebkomponenten und deren Wärmedehnung aus.

Je nach Bauraum und Anforderung kommt ein Spannele- ment mit Langarm-, Kurzarm-, oder Konusspanner zum Einsatz.

Über die Kraft der vorgespannten Feder (Schenkel- oder Drehfeder) wird der Keilrippenriemen auf die korrekte Spannung eingestellt. Durch innenliegende Dämpferele- mente wird die Federbewegung beruhigt und damit die Schwingungen im Riementrieb reduziert.

Bei Langarm- und Kurzarmspannern besteht das Dämp- ferelement aus einer flachen Reibscheibe, Konusspan- ner haben hierfür einen Reibkonus.

Durch die mechanische Reibung zwischen den Reibele- menten werden dynamische Kraft spitzen im Riementrieb gedämpft . Der Schlupf, mögliche Geräusche und der Rie- menverschleiß minimieren sich zusätzlich. Dies erhöht die Lebensdauer des gesamten Nebenaggregatetriebes.

2.3 Spannelemente

Es gibt grundsätzlich zwei unterschiedliche Arten von Spannelementen, die mechanischen und die hydraulischen. Die mechanischen unterteilen sich wiederum in manuelle und automatische Ausführungen.

Die Aufgabe von Spannelementen ist es, den Keilrippen- riemen immer auf der optimalen Spannung zu halten und dadurch unzulässigen Schlupf und Riemenschwingungen zu vermeiden.

Alle Spannelemente bestehen aus einer Grundplatte bzw. einer Spanneinheit und einer Rolle. Diese sind iden- tisch mit den bereits beschriebenen Umlenkrollen.

Mechanische Spannelemente

Bei manuellen Ausführungen erfolgt die Spannung des Keilrippenriemens entweder durch das Verdrehen der Grundplatte oder eines Exzenters. Hier bestimmt der Monteur, meist nach Gefühl, wie stark der Keilrippen- riemen gespannt wird. Die korrekte Riemenspannung muss in der Regel bei jedem Service geprüft und ggf. neu eingestellt werden.

Kurzarmspanner

1 2 3 4 5 6

Konusspanner

6 7 8 3 2 1 Langarmspanner

1 2 3 4 5

6

LEGENDE

1 Spannrolle 2 Schenkelfeder 3 Hebel 4 Gleitlager

5 Reibscheibe und Reibbelag 6 Grundplatte

7 Reibkonus mit Dichtungen 8 Innenkonus

2 Nebenaggregate

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Hydraulische Spannelemente

Hydraulische Spannelemente bestehen aus einem be- weglich gelagerten beidseitigen Hebelarm und einer Rolle. Anstatt einer Dreh- oder Schenkelfeder sorgt hier ein Hydraulikelement mit integrierter Druckfeder für die nötige Riemenspannung.

An einem Ende des Hebelarms ist das Hydraulikele- ment und am anderen Ende die Rolle montiert. Die Druckfeder im Hydraulikelement drückt die Rolle über den Hebelarm gegen den Keilrippenriemen, wodurch dieser gespannt wird. Die Wahl der Druckfeder und des Hebelverhältnisses bestimmt hierbei die Spannkraft .

Durch Zusammendrücken des Hydraulikelements wird Öl aus dem Hochdruckraum über einen defi nierten

Leckspalt in den Vorratsraum gepresst. Hierbei gilt, je kleiner der Leckspalt, desto größer die Dämpfung. Beim auseinanderziehen des Hydraulikelements wird das Öl über ein Rückschlagventil aus dem Vorratsraum wieder in den Hochdruckraum nachgesaugt. Diesen Ablauf nennt man gerichtete Dämpfung.

Dadurch können auch dynamisch anspruchsvollere Rie- mentriebe in unruhiger laufenden Motoren kontrolliert werden. Außerdem sorgen sie für eine optimale Rie- menspannung. Der vorhandene Bauraum und die Ein- satzbedingungen bestimmen die Auswahl des hydraulischen Spannelementes.

oberes Befestigungsauge Druckfeder

Kolben Dichtbalg Vorratsraum/Öl Hochdruckraum/Öl Rückschlagventil

unteres Befestigungsauge

Riemenspanner mit Kolbenstangenabdichtung Riemenspanner

mit Balgabdichtung

oberes Befestigungsauge Kolben

Schutzbalg

Kolbenstangendichtung Kolbenstangenführung Vorratsraum/Öl Druckfeder Hochdruckraum/Öl Rückschlagventil

unteres Befestigungsauge

2 Nebenaggregate

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3 Freilauf-Riemenscheibe

3.1 Freilauf-Riemenscheibe am Generator

Der Generator ist im Nebenaggregatetrieb das Bauteil mit dem höchsten Massenträgheitsmoment und hat d amit, in Verbindung mit den Dreh-Ungleichförmigkeiten des Motors, den größten Einfluss auf den Riementrieb. Der immer weiter gestiegene Komfort in modernen Kraft fahrzeugen hat zusätzlich dazu geführt, dass der elektrische Leistungsbe- darf kontinuierlich angestiegen ist. Die Folge hieraus sind immer leistungsstärkere Generatoren mit noch höherem Massenträgheitsmoment. Dadurch wird der Riementrieb zu immer größeren Schwingungen angeregt.

Zur Beruhigung des gesamten Schwingungsverhaltens im Riementrieb kommt in modernen Motoren daher auf der Rotorwelle des Generators anstelle einer starren Riemen- scheibe eine Freilauf-Riemenscheibe zum Einsatz. Diese entkoppelt den Rotor von den Dreh-Ungleichförmigkeiten des Motors. Dadurch werden die auft retenden

Belastungsspitzen im Riementrieb verringert und das Ge- räuschverhalten des Keilrippenriemens verbessert sich.

Hauptsächlich kommt die Freilauf-Riemenscheibe bei Die- sel- und Benzinmotoren mit reduzierter Leerlaufdrehzahl und dadurch erhöhtem Geräuschpegel zum Einsatz.

Es gibt zwei unterschiedliche Bauarten von Freilauf-Rie- menscheiben, den OAP (Overrunning Alternator Pulley) und den OAD (Overrunning Alternator Decoupler).

Der OAP treibt den Generator in Sperrrichtung an. Hierbei laufen die Klemmrollen in den konisch zulaufenden Klemmring und blockieren. Der Außenring wird kraft - schlüssig, sodass der Keilrippenriemen die Drehbewe- gung der Kurbelwelle auf die Generatorwelle übertragen kann.

In Freilaufrichtung drehen die Klemmrollen frei und der Außenring ist nicht kraft schlüssig. Dadurch wird erreicht,

dass die Generatorwelle, aufgrund der Massenträgheit des Generators, die Kurbelwelle in deren Verzögerungs- phase „überholen“ kann. Der gesamte Nebenaggrega- tetrieb wird dadurch beruhigt. Nadellager sorgen für ein möglichst reibungsarmes Drehen des Außenringes in Freilaufrichtung.

OAP (Overrunning Alternator Pulley)

Dichtung

Innenring mit Kerbverzahnung Hülse

Außenring mit profi lierte Laufb ahn Dichtung

Schutzkappe

Außenhülse Nadellager Klemmring Klemmrollen Nadellager Innenhülse mit

Rampenprofi l

3 Freilaufriemenscheibe

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Beim OAD wird der Generator mittels einer Torsionsfeder angetrieben. Diese absorbiert kleinere Dreh-Ungleichför- migkeiten in Drehrichtung der Kurbelwelle und verhindert so Drehzahldiff erenzen innerhalb des Nebenaggre- gatetriebes.

Eine Rutschkupplung gleicht stärkere Drehzahldiff e- renzen zwischen Kurbelwelle und Generatorwelle in Freilaufrichtung aus. Wie beim OAP kann auch beim OAD die Generatorwelle die Kurbelwelle in deren Verzöge- rungsphase überholen. Ein Kugellager gewährleistet ein reibungsarmes Drehen des Außenringes in Freilaufrich- tung.

Der Einfluss der Freilauf-Riemenscheibe auf die Gene- ratordrehzahl ist in der oberen Darstellung sehr gut zu erkennen. Die graue Linie zeigt die Drehzahlschwan-

kungen der Rotorwelle ohne, die grüne Linie die mit Freilauf-Riemenscheibe.

OAD (Overrunning Alternator Decoupler)

min^-1 Gene- rator

Motordrehzahl: 500 min^-1

Lichtmaschine unbelastet 1500

1300

1100

t

mit Freilaufriemenscheibe ohne Freilaufriemenscheibe Drehzahlschwankung Schutzkappe

Buchse Lagerbolzen

Torsionsfeder Kupplungs- träger

Mitnehmer- scheibe

Kupplung

Druckplatte Kugellager

Außenring mit profi llierter Laufb ahn

Distanzstück

2 Nebenaggregate

3 Freilaufriemenscheibe

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Messungen an einem Vierzylinder-Dieselmotor

Beispielhaft e Messungen der dynamischen Kräft e im Nebenaggregatetrieb zeigen die Vorteile der Freilauf-Rie- menscheibe gegenüber Lösungen mit starrer Riemen- scheibe.

Gemessen wurden die Riemenkraft an der Umlenkrolle und der Weg der Spannrolle an einem Vierzylinder-Die- selmotor. Durch die Freilauf-Riemenscheibe werden die Maximalkräft e in dieser Messung von ca. 1.300 N auf ca.

800 N gesenkt.

Zusätzlich erhöhen sich die Minimalkräft e leicht. Da- durch wird die Gefahr des Riemenschlupfes vermieden.

Die Schwingungsamplituden des Riemenspanners verringern sich in diesem Beispiel von 8 mm auf 2 mm.

Dadurch wird der Riemen deutlich weniger belastet.

N Trumkraft der Umlenkrolle in N 1400

1200 1000 800 600 400 200

1500 1400 1300

1200 1100

Kurbelwellendrehzahl min^-1 1000

900 800

700

ohne Freilauf mit Freilauf

Oberkraftr ft

Unterkraft

U r ft

Messpunkt Umlenkrolle

mm Weg der Spannrolle in mm

ohne Freilauf

Kurbelwellendrehzahl min^-1 8

6

4

2

700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

mit Freilauf

Messpunkt Spannrolle

3.1 Freilauf-Riemenscheibe am Generator

3 Freilaufriemenscheibe

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Auswirkungen auf den Nebenaggregatetrieb – ohne Freilauf

Geräuschentwicklung Krafteinwirkung auf die Umlenkrolle

Schwingungen der Spannrolle

Auswirkungen auf den Nebenaggregatetrieb

Die Darstellung oben zeigt den Nebenaggregatetrieb bei Betriebsbedingungen ohne Freilauf-Riemenscheibe.

Durch einen schwingenden Keilrippenriemen wirken hohe Kräft e auf sämtliche Bauteile im Nebenaggregate-

trieb und verursachen einen erhöhten Verschleiß. Unter anderem wird die Lebensdauer des Riemens verkürzt oder der Spanner kann brechen.

Auswirkungen auf den Nebenaggregatetrieb – mit Freilauf

Geräuschentwicklung Krafteinwirkung auf die Umlenkrolle

Schwingungen der Spannrolle

Der Einsatz eines Generator-Freilaufs verringert die Schwingungen des Riemens und schont somit die

Bauteile des Nebenaggregatetriebes. Das Geräuschver- halten des Motors wird verbessert.

2 Nebenaggregate

3 Freilaufriemenscheibe

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3.2 Funktionsprüfung, Aus- und Einbau

Der Aus- und Einbau und/oder das Prüfen einer Freilauf- Riemenscheibe muss mit einem entsprechenden Spezial- werkzeug (INA Werkzeugsatz Art.-Nr. 400 0444 10) durch- geführt werden. Die Prüfung kann sowohl im eingebauten, als auch im ausgebauten Zustand erfolgen.

Das Anzugsdrehmoment zur Befestigung der Freilauf- Riemenscheibe auf der Rotorwelle beträgt 80 – 85 Nm.

Ein Betrieb ohne oder mit beschädigter Schutzkappe führt auf Grund unzureichender Abdichtung zu einem vorzeitigen Ausfall.

Achtung:

Ist bei der Prüfung eine der beiden Funktionen nicht gegeben, muss der OAP/OAD ausgetauscht werden!

Hinweis:

Einige wenige Freilauf-Riemenscheiben besitzen statt eines Rechts- ein Linksgewinde. Bei diesen sind die beschriebenen Funktionen genau entgegengesetzt.

• Im Uhrzeigersinn lässt sich das Werkzeug mit leichtem Widerstand uneingeschränkt verdrehen

• Gegen den Uhrzeigersinn blockiert das Werkzeug und lässt sich nicht verdrehen

• Gegen den Uhrzeigersinn spürt man eine deutlich ansteigende Federkraft

Prüfung eines OAP: Prüfung eines OAD:

3 Freilaufriemenscheibe

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4 Riemenscheibenentkoppler

Der Riemenscheibenentkoppler ist eine Weiterentwick- lung des Torsionsschwingungsdämpfers und stellt eine weitere Möglichkeit dar, den Nebenaggregatetrieb zu be- ruhigen. Besonders effi zient ist er bei Motoren die durch Downsizing immer kleiner werden und trotzdem einen maximalen Fahrkomfort bieten sollen. An der Stirnseite der Kurbelwelle montiert, minimiert er mögliche Schwin- gungen des Keilrippenriemens schon in der Entstehung.

Der Riemenscheibenentkoppler erfüllt hierbei zwei wichtige Aufgaben:

• Er dämpft die Vibrationen der Kurbelwelle und verbessert somit das Laufgeräusch des Motors.

• Die Übertragung der Dreh-Ungleichförmigkeiten des Motors in den Nebenaggregatetrieb wird praktisch vollständig unterdrückt und ein Schwingen des Keil- rippenriemens somit verhindert. Dadurch reduziert sich auch die Achskraft -Belastung der Aggregate.

Der Riemenscheibenentkoppler hat zwei voneinander entkoppelte Schwungmassen, die Primärschwungmasse und die Sekundärschwungmasse. Beide sind über ein Feder-/Dämpfungssystem verbunden und durch ein Gleitlager gegeneinander verdrehbar gelagert.

Die Primärschwungmasse ist fest mit der Kurbelwelle verschraubt. Sie besteht aus der Nabe, dem Flansch, einem Dichtblech und dem Torsionsschwingungsdämpfer mit eingebettetem Dämpfungselement.

Auf der Sekundärschwungmasse bilden die Riemen- scheibe und der Sekundärdeckel einen Hohlraum, den sogenannten Federkanal. Die darin befi ndlichen Bogen- federn werden durch jeweils einen Anschlag abgestützt.

Gleitschalen gewährleisten eine gute Führung und eine Fettfüllung im Federkanal verringert die Reibung zwischen den Bogenfedern und den Gleitschalen.

Der Flansch der Primärschwungmasse greift mit seinen Flanschflügeln zwischen die Bogenfedern.

Die Drehbewegung der Kurbelwelle wird primärseitig von der Nabe über den Flansch mit seinen Flanschflügeln auf die Bogenfedern übertragen. Über deren Anschlag im Federkanal der Sekundärschwungmasse wird die Drehbewegung in den Nebenaggragatetrieb eingeleitet.

Die Dreh-Ungleichförmigkeiten des Motors werden durch einen defi nierten Federweg der Bogenfedern, ähnlich wie bei Federn im Fahrwerk, gedämpft .

Torsionsschwingungs- dämpfer mit eingebautem Dämpfungselement

Torsions- schwingungs- Anbindung an Kurbelwelle Bogenfeder

Reibring Dichtblech

Flansch Sekundärdeckel

Bogenfeder Gleitlager

Reibring Riemenscheibe mit Riemenprofi l

Anschlag

Nabe

2 Nebenaggregate

4 Riemenscheibenentkoppler

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Vibrationen werden genau wie bei einem Torsions- schwingungsdämpfer gedämpft . Das Dämpfungselement nimmt die Schwingungen der Kurbelwelle auf und mini-

miert dadurch Geräusche, Vibrationen und das Gefühl eines „rauen“ Motorlaufes.

4 Riemenscheibenentkoppler

min^-1 Isolation des Riementrieb durch Entkopplung

Drehzahl der Kurbelwelle 1600

1500 1400 1300 1200

1100

0,1 s 0,2 s

Entkoppelte Drehzahl des Nebenaggregatetriebs

N Isolation des Riementrieb – Riemenkraft in N

ohne Entkoppler

1/min¹ 2000

1000

800 2000 3000 4000

mit Entkoppler

Grad Isolation des Riementrieb – Spannerweg in Grad °

ohne Entkoppler

1/min¹ 5

0

-5

800 2000 3000 4000

mit Entkoppler

4 Riemenscheibenentkoppler

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5 Kühlmittelpumpe 5.1 Kühlkreislauf

Im Betrieb erzeugen Verbrennungsmotoren, neben der erwünschten Bewegungsenergie, auch sehr viel thermische Energie. Diese überschüssige Wärme würde die einzelnen Bauteile des Motors, wie z. B. die Kolben, die Ventile oder den Zylinderkopf, zerstören.

Um das zu vermeiden, müssen die Motoren gekühlt werden.

Während früher ausschließlich Wasser zur Kühlung verwendet wurde, kommt heute eine Mischung aus Wasser und einem Kühlmittelkonzentrat zum Einsatz. Deshalb spricht man auch von einem Kühlmittelgemisch.

Das Kühlmittel in heutigen Motoren hat neben dem klassischen Frostschutz aber noch weitere wichtige Anfor- derungen zu erfüllen. Unter anderem muss es alle wasser-

führenden Teile eines Motors vor Korrosion schützen und dabei eine sichere Wärmeübertragung ohne Kalkablage- rungen gewährleisten. Eine Grundvoraussetzung hierfür ist seine Verträglichkeit mit Wasser verschiedener Härtegrade.

Zusätzlich erhöht das Kühlmittel den Siedepunkt des Kühl- mittelgemisches zum Schutz vor Überhitzung des Motors.

Deshalb ist es besonders wichtig, das vom Fahrzeugherstel- ler freigegebene Kühlmittel im richtigen Mischungsverhältnis zu verwenden. Je nach Einsatzregion kann das optimale Mischungsverhältnis zwischen Wasser und Kühlmittel variieren.

Aufb au und Funktionsweise des Kühlmittelkreislaufes

Wärmetauscher Luft strom Thermostat

Heizungsventil (optional)

Kühlmittelkühler Kühlmittelpumpe

Kühlerlüft er Motor

—

erwärmtes Kühlmittel

—

abgekühltes Kühlmittel

2 Nebenaggregate

5 Kühlmittelpumpe

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5.2 Kühlmittelpumpe

Die Kühlmittelpumpe sorgt für die Zirkulation des Kühl- mittelgemischs im Kühlkreislauf. Dadurch wird die gleich- mäßige Wärmeableitung aus dem Motor und die Versor- gung des Heizkreislaufes mit warmem Kühlmittelgemisch gewährleistet.

Je nachdem ob der Keilrippenriemen mit der Front oder dem Rücken über die Riemenscheibe der Kühlmittelpumpe läuft , ist diese flach oder profi liert ausgeführt.

Zwei wichtige Komponenten der Kühlmittelpumpe sind das Schaufelrad und die Lagerung der Antriebswelle.

Schaufelrad

Durch entsprechende Konstruktion des Schaufelrades wird eine hohe Leistung und Effi zienz erreicht und außer- dem das Risiko von Dampfb lasenbildung im Kühlmittel- gemisch verringert.

Diese sogenannte Kavitation entsteht an der Abrisskante der Schaufeln. Die Dampfb lasen werden durch die starke Strömung mitgerissen und gegen die Gehäusewand der Kühlmittelpumpe geschleudert. Dabei implodieren sie und beschädigen das Material.

Die Leistungsfähigkeit einer Kühlmittelpumpe wird au- ßerdem auch durch das Material der Schaufeln beein- flusst. Bis vor einigen Jahren wurden für Schaufelräder überwiegend Guss und Stahl verwendet. Heutzutage werden Schaufelräder immer häufi ger aus Kunststoff gefertigt.

Hierdurch wird das Gewicht des Schaufelrades verringert und somit die Lagerbelastung minimiert.

Kunststoff -Schaufelräder Kühlmittelpumpen

5 Kühlmittelpumpe

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Abdichtung

Die Abdichtung zwischen Motorgehäuse und Kühlmittel- pumpe erfolgt durch eine Papierdichtung, eine Blech- dichtung, einen O-Ring oder in einzelnen Fällen durch eine Dichtmasse.

Bei einer Papier-, Blech- und O-Ring-Abdichtung darf kein zusätzliches Dichtmittel verwendet werden! Bei Motoren, in denen serienmäßig Dichtmasse verwendet wird, muss diese beim Austausch der Kühlmittelpumpe sparsam eingesetzt werden. Zusätzlich sind die Herstel- lervorschrift en unbedingt zu beachten.

Zum Abdichten ist ein dünner Film aus Dichtmasse völlig ausreichend. Wird zu viel verwendet, kann sich der überschüssige Teil lösen und in das Kühlsystem geraten.

In der Folge können Kühler und Heizungswärmetauscher verstopfen oder die antriebsseitige Abdichtung der Kühl- mittelpumpe kann beschädigt werden.

Lager

Die Lager für Kühlmittelpumpen sind zweireihig und haben im Gegensatz zu üblichen zweireihigen Lagern keinen Innenring, sondern Laufb ahnen, die direkt in die Welle eingearbeitet sind. Dadurch ergibt sich mehr Bauraum für die Wälzkörper, wodurch die spezifi sche Tragfähigkeit höher ist als bei Lösungen mit herkömm- lichen Einzellagern.

Darüber hinaus können bei dieser Art Lager Kugel- und Rollenreihen miteinander kombiniert werden, wodurch sich bei kleinem Bauraum für die Tragfähigkeit eine große Bandbreite ergibt.

Welches Lager verbaut wird, ist abhängig von den Bela- stungen im jeweiligen Riementrieb. Hochwertige Lager sind ein entscheidender Punkt für die Haltbarkeit und Langlebigkeit einer Kühlmittelpumpe.

Kugel/Kugellager

Kugel/Rollenlager

Dichtungsvarianten

2 Nebenaggregate

5 Kühlmittelpumpe

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ANGELAGERTES RIEMENMATERIAL DURCH STARKEN ABRIEB

EINDRUCKSTELLEN

SEITLICHE ABLÖSUNGEN

6 Schadensdiagnose 6.1 Keilrippenriemen

Ursache

• Riemenschwingungen

• Schädigung durch Fremdkörpereintritt

• Fluchtungsfehler

Ursache

• Starke Riemenschwingungen

• Fluchtungsfehler Ursache

• Schädigung durch Fremdkörpereintritt

6 Schadensdiagnose

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STARKER RIPPENVERSCHLEISS

ABLÖSUNG DER RIPPEN Ursache

• Beschädigung beim Einbau

Ursache

• Starke Riemenschwingungen

• Fehlfunktion am Riemenspanner

• Fehlfunktion am Generatorfreilauf

2 Nebenaggregate

6 Schadensdiagnose

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ENDANSCHLAG EINGEARBEITET, STOP-PIN VERBOGEN/GEBROCHEN

„ANLASSFARBEN“ VON AUSSEN NACH INNEN

AUSSENBORDE DER SPANN-/ UMLENKROLLE ZEIGT ANLAUFSPUREN VOM RIEMEN

6.2 Spann- und Umlenkrollen, OAP

Ursache

• Schlupfender Riemen

➜durch einen Fehler im Riementrieb, wie z. B. defekte Kühlmittelpumpe oder eine unzureichende Spannung des Riemens

Ursache

➜außermittiges Laufen des Riemens, verursacht z. B. durch eine defekte Kühlmittelpumpenlagerung

6 Schadensdiagnose

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SPANNER GEBROCHEN Ursache

• Starke Schwingungen des Keilrippenriemens durch einen defekten Generator-Freilauf

2 Nebenaggregate

6 Schadensdiagnose

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Ursache

• Lebensdauer der Riemenspanneinheit überschritten

• Schraube des Befestigungsauges wurde geöff net und nicht mit dem vorgeschriebenen Drehmoment festgezogen

Ursache

• Riss im Faltenbalg

➜Montagefehler:

Faltenbalg wurde bei der Montage beschädigt

Ursache

• Spannung im Trieb ist zu gering, dadurch rutscht der Riemen über den Freilauf

• Die Funktion der Freilauf-Riemenscheibe ist nicht gegeben

Ursache

• Fluchtungsfehler zwischen den Rollen der Aggregate

• Riemen falsch aufgelegt

6.2 Spann- und Umlenkrollen, OAP

BEFESTIGUNGSAUGE DES HYDRAULISCHEN RIEMENSPANNERS GEBROCHEN

ÖLVERLUST AM DICHTBALG DES HYDRAULISCHEN RIEMENSPANNERS

PROFILSPITZEN STARK VERSCHLISSEN

FÜHRUNGSBORDE ABGESCHLIFFEN

6 Schadensdiagnose

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Ursache:

• Überschüssiges Dichtmittel gelangt zwischen Gleit- und Gegenring, was zur Undichtigkeit der Gleitringdichtung führt.

Ursache:

• Abrasive Materialien wie Rost, Aluminiumoxid und Schmutz gelangen zwischen Gleit- und Gegenring.

Dadurch werden die Oberflächen beider Ringe zer- kratzt und somit zerstört, sodass es zur Undichtigkeit kommt.

• Ein ähnliches Schadensbild ergibt sich, wenn der Motor ohne Kühlmittel läuft .

Ursache:

• Kühlsystem nicht korrekt entlüft et oder Kühlmittel- stand zu niedrig (es kommt wechselweise zu einem Kontakt mit Gaseinschlüssen und Kühlmittel)

• Befüllen des überhitzten Motors mit kaltem Kühlmittel

• Starten des Motors vor der Befüllung mit Kühlmittel

• Schaden tritt in Form eines Risses über den gesamten Durchmesser des Gleitrings oder des Gegenrings auf

6.3 Kühlmittelpumpe

Leckagen (Flüssigkeitsaustritt über Drainage)

UNDICHTIGKEIT DURCH UNSACHGEMÄSS VERWENDETES DICHTMITTEL

UNDICHTIGKEIT DURCH ABRASIVES MATERIAL

RISS AUFGRUND VON TEMPERATURSCHOCK

2 Nebenaggregate

6 Schadensdiagnose

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6.3 Kühlmittelpumpe

Lagerschaden

Ursache:

• Leckage aufgrund einer beschädigten Gleitringdich- tung. Durch eine beschädigte Gleitringdichtung tritt Kühlmittel in das Lager ein und spült das Fett aus.

Ursache:

• Hohe Beanspruchung durch falsch eingestellten Riemenspanner

• Vibrationen im Nebenaggregatetrieb

• Hohe Belastung des Lagers beim Einbau der Pumpe

Ursache:

• Starke Vibrationen und Unwucht

• Verbogene, gerissene oder gebrochene Lüft er

• Gerissene oder verbogene Riemenscheiben

• Falsches Drehmoment an den Befestigungsschrauben oder falsche Anzugsreihenfolge

LAGERSCHADEN DURCH LECKAGEN

LAGERSCHADEN DURCH ÜBERLAST

GEBROCHENE WELLE

6 Schadensdiagnose

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6.3 Kühlmittelpumpe

Kühlmittel

Ursache:

• Falsche Konzentration des Frostschutzmittels

• Zu geringer Kühlmittelstand

Ursache:

• Falsches Kühlmittel

• Falsche Konzentration des Frostschutzmittels

• Zu geringer Kühlmittelstand

Ursache:

• Gleichzeitige Verwendung unterschiedlicher (inkompatibler) Kühlmittel

Ursache:

• Hoher Kalkgehalt in der Kühlflüssigkeit (hartes Wasser)

ROST UND KORROSION

KAVITATION

KÜHLMITTELMISCHUNG

VERKALKUNG

2 Nebenaggregate

6 Schadensdiagnose

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Ursache:

• Ungleichmäßig oder übermäßig aufgetragenes Dichtmittel

• Falsches Anzugsdrehmoment

• Verunreinigung

• Unebene Montagefläche

Ursache:

• Starke Vibrationen oder Unwucht, die durch eine extrem verschlissene Lüft erkupplung oder einen verbogenen Lüft er verursacht werden können.

• Zu hohe Belastung beim Einbau der Pumpe

Ursache:

• Reduzierte Durchflussleistung des Kühlers

• Zylinderkopf/Zylinderkopfdichtung defekt

6.3 Kühlmittelpumpe

Sonstiges

FLÜSSIGKEITSAUSTRITT IM BEREICH DER MONTAGEFLÄCHE

GEHÄUSEBRUCH

ÜBERHITZUNG

6 Schadensdiagnose

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Hinweis:

Wir empfehlen beim Wechsel des Keilrippenriemens grundsätzlich den Austausch aller Bauteile (Umlenk- rollen, Spanner und Generator-Freiläufe) im Aggre- gatetrieb, da alle Komponenten dem gleichen Ver- schleiß unterliegen.

Wichtig:

Generell sind die Prüf- und Wechselintervalle der Fahrzeughersteller zu beachten!

„Checkliste“ für die Inspektion

1. Beschaff enheit des Keilrippenriemens überprüfen 2. Bei automatischen Riemenspannern die Einstellung

prüfen

3. Manuelle Spanneinheiten ggf. nachstellen und die Riemenspannung messen

4. Zustand der profi lierten Rollen überprüfen 5. Schutzkappen vorhanden?

6. Bei der hydraulischen Riemenspanneinheit Zustand der Befestigungsaugen überprüfen und auf Ölspuren am Dichtbalg prüfen

7. Riemenspanner auf Beweglichkeit prüfen 8. Bauteile auf Korrosion überprüfen 9. Frostschutzgehalt im Kühlmittel prüfen 10. Auf Verschmutzung/Verunreinigung des

Kühlmittels achten.

11. Überdruckventil am Deckel des Ausgleichs- behälters/Kühlers prüfen

12. Kühlsystem auf Dichtheit prüfen

13. Torsionsschwingungsdämpfer und Riemenschei- benentkoppler auf Risse und Beschädigungen prüfen

Mögliche Ausfallursachen

• Riemenspannung zu hoch oder zu gering

• Schmutzpartikel im Riementrieb

• Keilrippenriemen verschlissen

• An- und Ausbrüche am Profi l des Riemens

• Dichtungsquietschen durch trockene Dichtlippe des Lagers

• Fett im Lager der Rolle ausgespült

➜keine Schutzkappe vorhanden!

• Hydraulischer Riemenspanner defekt

➜Ölverlust bei Riemenspanneinheit!

• Freilauf-Riemenscheibe defekt

➜Keilrippenriemen schlägt und quietscht!

• Freilauf-Riemenscheibe prüfen (siehe Seite 16)

7 Service

2 Nebenaggregate 7 Service

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