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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Startergenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
EP 1 282 772 B1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem als Riemenstartergenerator ausgebildeten Startergenerator bekannt, wobei einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eine erste Riemenscheibe zugeordnet ist, wobei einer Welle des Riemenstartergenerators eine zweite Riemenscheibe zugeordnet ist, und wobei ein Riementrieb an diesen beiden Riemenscheiben angreift. Weiterhin ist es aus diesem Stand der Technik bekannt, ein als Planetengetriebe ausgebildetes Getriebe im Kraftfluss zwischen der Kurbelwelle und der Riemenscheibe, die der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, vorzusehen, um so zum Starten der Brennkraftmaschine an der Kurbelwelle desselben ein hohes Drehmoment bei kleiner Drehzahl bereitzustellen. Nach der
EP 1 282 772 B1 sind dem Planetengetriebe zwei Kupplungen zugeordnet, wobei ein Sonnenrad des Planetengetriebes durch eine erste Kupplung mit einem Gehäuse verbindbar ist, und wobei ein Käfig des Planetengetriebes über eine zweite Kupplung mit einem Hohlrad bzw. Hohlradwelle des Planetengetriebes verbindbar ist. Als Kupplungen können reibschlüssige Kupplungen, formschlüssige Kupplungen, Freiläufe mit Roll- oder Klemmkörper oder auch Fliehkraftkupplungen zum Einsatz kommen. Eine solche Brennkraftmaschine ist konstruktiv aufwendig.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Brennkraftmaschine mit einem Startergenerator zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist das im Kraftfluss zwischen der Kurbelwelle und der Riemenscheibe oder dem Flansch angeordnete Getriebe mindestens zwei über mindestens zwei Zahnradstufen koppelbare Wellen auf, wobei eine erste Welle des Getriebes der Anbindung der Kurbelwelle und eine zweite Welle des Getriebes der Anbindung einer der Riemenscheibe oder des Flanschs dient, und wobei das Getriebe mindestens zwei Kupplungen aufweist, wobei eine erste Kupplung im motorischen Betrieb des Startergenerators geöffnet ist und im generatorischen Betrieb desselben geschlossen ist, wohingegen eine zweite Kupplung im motorischen Starterbetrieb des Startergenerators geschlossen ist und im generatorischen Betrieb desselben geöffnet ist.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist konstruktiv weniger aufwendig und bietet je nach gewünschtem Übersetzungsverhältnis für den Startergenerator und je nach Bauraumsituation einen größeren konstruktiven Gestaltungsspielraum zur Erhöhung der Lebensdauer des im Kraftfluss zwischen der Kurbelwelle und der Riemenscheibe oder dem Flansch angeordneten Getriebes.
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Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Kupplung als eine über einen Aktautor extern ansteuerbare und damit schaltbare Kupplung ausgebildet. Bei einer solchen Brennkraftmaschine können Nebenaggregate bei stillstehendem Verbrennungsmotor bzw. bei stillstehender Brennkraftmaschine ausgehend vom Startergenerator angetrieben werden.
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Nach einer zweiten, alternativen Weiterbildung der Erfindung ist jeder Zahnradstufe und damit jeder Zahnradebene jeweils eine als Freilauf ausgebildete Kupplung zugeordnet ist. Eine Brennkraftmaschine, bei welcher ausschließlich Freiläufe vorhanden sind, ist selbstumschaltend und benötigt keine externe Ansteuerung, dieselbe erlaubt jedoch nicht den Antrieb von Nebenaggregaten bei stillstehendem Verbrennungsmotor ausgehend vom Startergenerator.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1a und 1b: schematisierte Ausschnitte aus zwei Varianten einer ersten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Startergenerator;
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2a und 2b: schematisierte Ausschnitte aus zwei Varianten einer zweiten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Startergenerator;
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3a und 3b: schematisierte Ausschnitte aus zwei Varianten einer dritten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Startergenerator;
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4a und 4b: schematisierte Ausschnitte aus zwei Varianten einer vierten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Startergenerator;
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5a und 5b: schematisierte Ausschnitte aus zwei Varianten einer fünften erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Startergenerator; und
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6a und 6b: schematisierte Ausschnitte aus zwei Varianten einer sechsten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Startergenerator.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Startergenerator. In der nachfolgenden Beschreibung der 1a bis 6b wird davon ausgegangen, dass der Startergenerator als Riemenstartergenerator ausgebildet ist. Eine Brennkraftmaschine mit einem Riemenstartergenerator verfügt über mindestens zwei Riemenscheiben, nämlich eine erste Riemenscheibe, die einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, sowie eine zweite Riemenscheibe, die einer Welle des Riemenstartergenerators zugeordnet ist. An der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe greift ein Riementrieb an, um so den Riemenstartergenerator mittelbar über den Riementrieb an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, nämlich an ein Getriebe, das im Kraftfluss zwischen der Kurbelwelle und der ersten Riemenscheibe angeordnet ist, anzubinden.
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Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eine Brennkraftmaschine mit einem Riemenstartergenerator beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung auch bei einem Kurbelstartergenerator zum Einsatz kommen, bei welchem der Startergenerator über einen Flansch unmittelbar an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angebunden ist, nämlich an ein Getriebe, das im Kraftfluss zwischen der Kurbelwelle und dem Flansch angeordnet ist.
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1a und 1b zeigen jeweils Ausschnitte aus einer Brennkraftmaschine mit Startergenerator nach einer ersten Variante der hier vorliegenden Erfindung, nämlich im Bereich eines Getriebes 10, das im Kraftfluss zwischen eine Kurbelwelle 11 der Brennkraftmaschine und eine erste Riemenscheibe 12 eines als Riemenstartergenerator ausgebildeten Startergenerators geschaltet ist.
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An dieser Riemenscheibe 12 greift ein nicht gezeigter Riementrieb an, der weiterhin an einer ebenfalls nicht gezeigten, zweiten Riemenscheibe geführt ist, die einer Weile eines nicht gezeigten Riemenstartergenerators zugeordnet ist.
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Das im Kraftfluss zwischen der Kurbelwelle 11 und der ersten Riemenscheibe 12 positionierte Getriebe 10 verfügt über mindestens. zwei Zahnradstufen 13, 14 koppelbare Wellen 15, 16. Gemäß 1 sind zwei Wellen 15, 16 und zwei Zahnradstufen 13, 14 vorhanden. Die erste Welle 15 des Getriebes 10 dient der festen Ankopplung der Kurbelwelle 11, die zweite Welle 16 des Getriebes 10 dient der festen Anbindung der ersten Riemenscheibe 12.
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Jede der beiden Zahnradstufen 13 und 14 des Getriebes 10 umfasst mindestens zwei ineinander kämmende Zahnräder, wobei gemäß 1a die erste Zahnradstufe 13 zwei ineinander kämmende Zahnräder 17 und 18 aufweist, die in einer ersten Zahnradebene 19, nämlich in der Zahnradebene 19 der ersten Zahnradstufe 13, positioniert sind, und wobei die zweite Zahnradstufe 14 zwei ineinander kämmende Zahnräder 20 und 21 aufweist, die in einer zweiten Zahnradebene 22, nämlich der Zahnradebene 22 der zweiten Zahnradstufe 14, angeordnet sind. Die beiden Zahnradebenen 19, 22 und damit die beiden Zahnradstufen 13, 14 sind voneinander beabstandet und verfügen über unterschiedliche Übersetzungen.
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Zusätzlich zu den beiden Wellen 15, 16 und den beiden Zahnradstufen 13, 14 umfasst das Getriebe 10 der 1a, welches im Kraftfluss zwischen der Kurbelwelle 11 und der ersten Riemenscheibe 12 positioniert ist, zwei Kupplungen, die im Ausführungsbeispiel der 1a beide als Freiläufe 23 und 24 ausgeführt sind. Eine erste Kupplung 23, gemäß 1a ein erster Freilauf 23, des Getriebes 10 ist im motorischen Betrieb des Riemenstartergenerators geöffnet und im generatorischen Betrieb desselben geschlossen, wohingegen die zweite Kupplung 24, nämlich gemäß 1a der zweite Freilauf 24, im motorischen Starterbetrieb des Startergenerators zum Starten der Brennkraftmaschine geschlossen und im generatorischen Betrieb desselben geöffnet ist. Bei den beiden Freiläufen 23 und 24 der 1a handelt es sich demnach um gegenläufige Freiläufe, die bei einer Drehrichtungsumkehr eine automatische Umschaltung vornehmen.
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In dem Ausführungsbeispiel der 1a ist die erste Kupplung 23, nämlich der erste Freilauf 23, der ersten Zahnradstufe 13 zugeordnet, nämlich derart, dass der erste Freilauf 23 zwischen dem Zahnrad 18 und der zweiten Welle 16 des Getriebes 10 ausgebildet ist. Das Zahnrad 17 der ersten Zahnradstufe 13 greift fest auf der ersten Welle 15 des Getriebes 10 an.
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Die zweite Kupplung 24, nämlich der zweite Freilauf 24, ist zwischen dem Zahnrad 20 der zweiten Zahnradstufe 14 und der ersten Welle 15 des Getriebes 10 ausgebildet. Das Zahnrad 21 der zweiten Zahnradstufe 14 des Getriebes 10 greift fest an der zweiten Welle 16 des Getriebes 10 an.
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Wie bereits ausgeführt, sind die beiden als Freiläufe 23 und 24 ausgeführten Kupplungen derart ausgelegt, dass die erste Kupplung 23 bzw. der erste Freilauf 23 im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators automatisch schließt, wohingegen die zweite Kupplung 24 bzw. der zweite Freilauf 24 im motorischen Starterbetrieb des Riemenstartergenerators automatisch schließt. Demzufolge ist im Starterbetrieb des Riemenstartergenerators der erste Freilauf 23 geöffnet, im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators ist der zweite Freilauf 24 geöffnet.
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Die Wellen 15, 16, die Zahnradstufen 13, 14 und die Kupplungen 23, 24 des Getriebes 10 sind von einem Getriebegehäuse 25 umgeben, welches motorfest ausgebildet ist. Das Getriebegehäuse 25 ist demnach fest mit einem Motorblock der Brennkraftmaschine verbunden und kann integraler Bestandteil desselben sein.
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1b zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der 1a, die sich vom Ausführungsbeispiel der 1a durch die Anordnung der Kupplungen bzw. Freiläufe 23 und 24 unterscheidet. Im Ausführungsbeispiel der 1a ist der erste Freilauf 23 ebenso wie in der Variante der 1a der ersten Zahnradstufe 13 zugeordnet, die Kupplung 23 ist jedoch zwischen dem Zahnrad 17 der ersten Zahnradstufe 13 und der ersten Welle 15 ausgebildet, sodass gemäß 1b das Zahnrad 18 der ersten Zahnradstufe 13 fest an der zweiten Welle 16 angreift. Der zweite Freilauf 24 ist zwischen der zweiten Welle 16 und dem Zahnrad 21 der zweiten Zahnradstufe 14 ausgebildet, sodass in der Variante der 1b das Zahnrad 20 der zweiten Zahnradstufe 22 fest an die erste Welle 15 des Getriebes 10 gekoppelt ist. Der erste Freilauf 23 ist wiederum im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen, wohingegen der zweite Freilauf 24 im motorischen Starterbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist. Demnach ist im Starterbetrieb des Riemenstartergenerators der erste Freilauf 23 geöffnet, der zweite Freilauf 24 ist im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators geöffnet.
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Den Varianten der 1a und 1b ist gemeinsam, dass die beiden Kupplungen als Freiläufe, nämlich als gegenläufige Freiläufe 23 und 24, ausgebildet sind, wobei die beiden gegenläufigen Freiläufe 23 und 24 unterschiedlichen Wellen des Getriebes 10 zugeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel der 1a ist der erste Freilauf 23, der im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist, der Welle 16 zugeordnet, wohingegen in der Variante der 1b der erste Freilauf 23 der Welle 15 zugeordnet ist. In 1a ist weiterhin der zweite Freilauf 24, der im motorischen Starterbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist, der Welle 15 zugeordnet, wohingegen in der Variante der 1b dieser Freilauf 24 der Welle 16 zugeordnet ist.
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2a und 2b zeigen zwei Varianten der Erfindung, in welchen wiederum beide Kupplungen 23 und 24 als gegenläufige Freiläufe ausgeführt sind, wobei jedoch in 2a und 2b beide gegenläufige Freiläufe 23 und 24 jeweils ein und derselben Welle des Getriebes 10 zugeordnet sind, wohingegen bei den Varianten der 1a und 1b die beiden gegenläufigen Freiläufe 23 und 24 unterschiedlichen Wellen des Getriebes 10 zugeordnet sind. So zeigt 2a eine Variante der Erfindung, in welchen die beiden Freiläufe 23 und 24 der zweiten Welle 16, die der festen Anbindung der ersten Riemenscheibe 12 dient, zugeordnet sind, wobei demnach die Freiläufe 23 und 24 zwischen der Welle 16 und den Zahnrädern 18 und 21 der Zahnradstufen 13 und 14 ausgebildet sind. In 2b sind hingegen die beiden Freiläufe 23 und 24 der Welle 15, die der festen Anbindung der Kurbelwelle 11 dient, zugeordnet.
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Wie bereits ausgeführt, sind in den Ausführungsbeispielen der 1a bis 2b beide Kupplungen des Getriebes 10 jeweils als Freiläufe 23 und 24 ausgeführt. Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf 3a bis 6b Varianten der Erfindung beschrieben, in welchen mindestens eine der Kupplungen als schaltbare Kupplung, nämlich als durch einen Aktuator extern ansteuerbare und schaltbare Kupplung, ausgebildet ist.
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In 3a und 3b sind Varianten der Erfindung gezeigt, in welcher beide Kupplungen 23 und 24 als schaltbare Kupplungen ausgeführt sind, wobei jeder Welle 15, 16 des Getriebes 10 jeweils eine schaltbare Kupplung 23 und 24 zugeordnet ist.
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In der Variante der 3a ist die schaltbare Kupplung 23, die im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen und im Motorbetrieb bzw. Starterbetrieb desselben geöffnet ist, der zweiten Welle 16 zugeordnet, an welche die erste Riemenscheibe 12 fest angebunden ist. Die zweite, schaltbare Kupplung 24, die im motorischen Starterbetrieb des Riemenstartergenerators zum Starten der Brennkraftmaschine geschlossen ist, ist hingegen der Welle 15 des Getriebes 10 zugeordnet, die der festen Anbindung der Kurbelwelle 11 dient.
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In der Variante der 3b ist die Zuordnung der schaltbaren Kupplungen 23 und 24 zu den Wellen 15 und 16 des Getriebes 10 geändert. In 3b ist die schaltbare Kupplung 23, die im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist, der Welle 15 zugeordnet, wohingegen die schaltbare Kupplung 24, die im motorischen Starterbetrieb des Riemenstartergenerators 12 geschlossen ist, der Welle 16 zugeordnet ist.
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4a und 4b zeigen Varianten der Erfindung, in welchen in Übereinstimmung zu den Varianten der 3a und 3b beide Kupplungen 23 und 24 jeweils als schaltbare Kupplungen ausgeführt sind, wobei jedoch im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 3a und 3b beide schaltbaren Kupplungen 23 und 24 jeweils ein und derselben Welle des Getriebes 10 zugeordnet sind.
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In 4a sind beide schaltbaren Kupplungen 23 und 24 der Welle 16 des Getriebes 10, die der festen Anbindung der ersten Riemenscheibe 12 dient, zugeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 4b hingegen sind beide schaltbaren Kupplungen 23 und 24 der Welle 15 zugeordnet, die in Anbindung der Kurbelwelle 11 dient.
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Bei der schaltbaren Kupplung 23 handelt es sich wiederum um die Kupplung, die im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist, wohingegen es sich bei der Kupplung 24 um diejenige Kupplung handelt, die im motorischen Starterbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist.
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5a bis 6b zeigen Varianten der Erfindung, in welchen eine Kupplung als schaltbare Kupplung und eine andere Kupplung als Freilauf ausgeführt ist.
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5a zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, in welcher die erste Kupplung 23, die im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen und im Motorbetrieb desselben geöffnet ist, als schaltbare Kupplung ausgeführt ist, wohingegen die Kupplung 24, die im motorischen Starterbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist, als Freilauf 24 ausgeführt ist. In 5a sind diese beiden Kupplungen 23 und 24 der Welle 16 des Getriebes 10 zugeordnet, die der festen Anbindung der ersten Riemenscheibe 12 dient. Im Ausführungsbeispiel der 5b ist die Kupplung 23, die im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist, als Freilauf ausgebildet, wohingegen die Kupplung 24, die im motorischen Starterbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist, als schaltbare Kupplung ausgeführt ist. Diese beiden Kupplungen 23 und 24 sind gemäß 5b der Welle 15 zugeordnet, die der festen Anbindung der Kurbelwelle 11 dient.
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6a zeigt eine Variante der Erfindung, in welcher die erste Kupplung 23, die im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist, als schaltbare. Kupplung ausgeführt ist, wohingegen die zweite Kupplung 24, die im motorischen Starterbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist, als Freilauf ausgeführt ist, und wobei beide Kupplungen 23 und 24 unterschiedlichen Wellen 15 und 16 des Getriebes 10 zugeordnet sind. So ist die schaltbare Kupplung 23 der Welle 16 des Getriebes 10 zugeordnet, die der festen Anbindung der ersten Riemenscheibe 12 dient, wohingegen der Freilauf 24 der Welle 15 des Getriebes 10 zugeordnet ist, die der festen Anbindung der Kurbelwelle 11 dient. Im Ausführungsbeispiel der 6b ist die Kupplung 23, die im Generatorbetrieb des Riemenstartergenerators geschlossen ist, als Freilauf ausgeführt und der Welle 16 zugeordnet, die der festen Anbindung der ersten Riemenscheibe 12 dient. In dieser Variante ist hingegen die Kupplung 24, die im motorischen Starterbetrieb des Riemenstartergenerators desselben geschlossen ist, als schaltbare Kupplung 24 ausgeführt und der Welle 15 zugeordnet, die der festen Anbindung der Kurbelwelle 11 dient.
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In den Varianten der 3a bis 6b, die mindestens eine schaltbare Kupplung aufweisen, die über einen Aktuator ansteuerbar ist, können bei Stillstand der Brennkraftmaschine über den motorisch betriebenen Riemenstartergenerator Nebenaggregate angetrieben werden. Dies ist in den Varianten der 1a bis 2b, in welchen sämtliche Kupplungen als Freiläufe ausgeführt sind, nicht möglich.
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In den Varianten der 3a bis 4b sind hierzu beide schaltbaren Kupplungen 23 und 24 geöffnet. In den Varianten der 5a bis 5b sind ebenfalls beide Kupplungen 23 und 24 geöffnet, nämlich die Freiläufe jeweils automatisch im Motorbetrieb des Riemenstartergenerators und die schaltbaren Kupplungen jeweils durch Ansteuerung über einen Aktuator.
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Wie bereits ausgeführt, ist die Erfindung nicht auf Brennkraftmaschinen mit einem Riemenstartergenerator beschränkt, vielmehr kann die Erfindung auch bei einem sogenannten Kurbelstartergenerator zum Einsatz kommen. In diesem Fall ist dann ein Startergenerator direkt an die zweite Welle 16 ohne Zwischenschaltung eines Riementriebs gekoppelt.
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Bei sämtlichen Ausführungsvarianten ist das Getriebe, nämlich das Getriebegehäuse 25 des jeweiligen Getriebes 10, motorfest ausgeführt.
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Gegenüber Brennkraftmaschinen, bei welchen das Getriebe als Planetengetriebe ausgeführt und in die zweite Riemenscheibe 12 zumindest teilweise integriert ist, ergeben sich größere konstruktive Gestaltungsspielräume, um abhängig von der zur Verfügung stehenden Bauraumsituation und abhängig vom gewünschten Übersetzungsverhältnis des Getriebes 1 eine ausreichende Dimensionierung und damit eine geforderte Lebensdauer des Getriebes 10 zu erfüllen.
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Dann, wenn eine Kupplung als über einen Aktuator schaltbare Kupplung ausgeführt ist, kann die Kupplung als elektromagnetisch betätigte Kupplung oder als elektromotorisch betätigte Kupplung oder als sonstige aktuatorisch betätigte Kupplung ausgeführt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Getriebe
- 11
- Kurbelwelle
- 12
- Riemenscheibe
- 13
- Zahnradstufe
- 14
- Zahnradstufe
- 15
- Welle
- 16
- Welle
- 17
- Zahnrad
- 18
- Zahnrad
- 19
- Zahnradebene
- 20
- Zahnrad
- 21
- Zahnrad
- 22
- Zahnradebene
- 23
- Kupplung
- 24
- Kupplung
- 25
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1282772 B1 [0002, 0002]
