Variator von A bis Z

Ein CVT-Getriebe aus dem Fahrgastraum eines stehenden Autos ist praktisch nicht von einem bekannten Automaten zu unterscheiden. Hier sieht man den Wählhebel und die bekannten Buchstaben PNDR, ein Kupplungspedal gibt es nicht. Wie funktioniert ein stufenloses CVT-Getriebe in modernen Autos? Was ist der Unterschied zwischen einem Toroid- und einem Keilriemenvariator? Dies wird im folgenden Artikel besprochen.

CVT - stufenloses Getriebe

Unter den Getriebevarianten sticht ein stufenloser Variator hervor, der für die Übertragung des Drehmoments verantwortlich ist. Zunächst ein wenig geschichtlicher Hintergrund.

CVT-Geschichte

Wenn es um den Hintergrund der Variatorvorrichtung geht, wird die Persönlichkeit von Leonardo da Vinci (1452-1519) erwähnt. In den Werken des italienischen Künstlers und Wissenschaftlers finden sich erste Beschreibungen eines stufenlosen Getriebes, das sich bis zum XNUMX. Jahrhundert stark verändert hat. Auch die Müller des Mittelalters kannten das Prinzip des Gerätes. Mit einem Riemenantrieb und Kegeln wirkten Müller manuell auf die Mühlsteine ​​und veränderten ihre Rotationsgeschwindigkeit.

Fast 400 Jahre vergingen bis zum Erscheinen des ersten Patents für eine Erfindung. Die Rede ist von einem 1886 in Europa patentierten Torusvariator. Der erfolgreiche Einsatz von CVT-Getrieben bei Rennmotorrädern führte dazu, dass zu Beginn des XNUMX. Jahrhunderts ein Teilnahmeverbot für mit CVT ausgestattete Geräte am Wettbewerb eingeführt wurde. Um einen gesunden Wettbewerb aufrechtzuerhalten, machten sich solche Verbote im letzten Jahrhundert bemerkbar.

Der erste Einsatz eines Automobilvariators geht auf das Jahr 1928 zurück. Dann wurde durch die Bemühungen der Entwickler der britischen Firma Clyno Engineering ein Auto mit einem CVT-Getriebe erhalten. Aufgrund der Unterentwicklung der Technologie zeichnete sich die Maschine nicht durch Zuverlässigkeit und hohe Effizienz aus.

Eine neue Runde der Geschichte fand in Holland statt. Der Eigentümer des DAF-Konzerns, Van Dorn, hat das Variomatic-Design entwickelt und umgesetzt. Die Produkte der Pflanze sind die erste Variante der Massenanwendung.

Heute praktizieren weltberühmte Unternehmen aus Japan, den USA und Deutschland aktiv den Einbau von stufenlosen Getrieben in Autos. Um den Gegebenheiten der Zeit gerecht zu werden, wird das Gerät ständig verbessert.

Was ist CVT

CVT steht für Continuous Variable Transmission. Aus dem Englischen übersetzt bedeutet dies „kontinuierlich wechselnde Übertragung“. Tatsächlich zeigt sich die Kontinuität darin, dass der Fahrer die Änderung des Übersetzungsverhältnisses in keiner Weise spürt (es gibt keine charakteristischen Stöße). Die Übertragung des Drehmoments vom Motor auf die Antriebsräder erfolgt ohne Verwendung einer begrenzten Anzahl von Stufen, daher wird das Getriebe als stufenlos variabel bezeichnet. Wenn die Bezeichnung CVT in der Kennzeichnung der Fahrzeugkonfiguration zu finden ist, handelt es sich um die Verwendung eines Variators.

Arten von Variatoren

Das für die Drehmomentübertragung von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle zuständige Bauelement kann ein Keilriemen, eine Kette oder eine Rolle sein. Wird das vorgegebene Konstruktionsmerkmal als Klassifizierungsgrundlage gewählt, ergeben sich folgende CVT-Optionen:

• Keilriemen;
• Keilschrift;
• ringförmig.

Diese Getriebetypen werden hauptsächlich in der Automobilindustrie verwendet, obwohl es viel mehr Optionen für Geräte gibt, die für einen sanften Wechsel der Übersetzung verantwortlich sind.

Warum eine stufenlose Übertragung benötigt wird

Dank des stufenlosen Getriebes überträgt der Verbrennungsmotor das Drehmoment zu jedem Zeitpunkt seines Betriebs verzögerungsfrei. Solche Verzögerungen treten auf, wenn sich das Übersetzungsverhältnis ändert. Zum Beispiel, wenn der Fahrer den manuellen Schalthebel in eine andere Position schaltet oder das Automatikgetriebe seine Arbeit verrichtet. Durch das stufenlose Getriebe nimmt das Auto sanft Fahrt auf, der Wirkungsgrad des Motors steigt und ein gewisser Kraftstoffverbrauch wird erreicht.

Das Gerät und das Funktionsprinzip des Variators

Fragen dazu, was das Gerät des Variators ist und welches Funktionsprinzip er hat, werden ausführlicher erörtert. Aber zuerst müssen Sie die wichtigsten Strukturelemente identifizieren.

Hauptkomponenten

Das CVT-Getriebe umfasst eine antreibende und eine angetriebene Riemenscheibe, einen sie verbindenden Riemen (Kette oder Rolle) und ein Steuersystem. Die Riemenscheiben befinden sich auf den Wellen und sehen aus wie zwei Hälften einer konischen Form, die sich mit den Spitzen der Kegel gegenüberstehen. Die Besonderheit der Kegel besteht darin, dass sie in einem bestimmten Bereich konvergieren und divergieren können. Genauer gesagt bewegt sich ein Kegel, während der andere bewegungslos bleibt. Die Bewegung der Riemenscheiben auf den Wellen wird von einem Steuersystem gesteuert, das Daten vom Bordcomputer des Fahrzeugs erhält.

Auch die Hauptkomponenten von CVT sind:

• Drehmomentwandler (verantwortlich für die Übertragung des Drehmoments vom Motor auf die Eingangswelle des Getriebes);
• Ventilkörper (liefert Öl an rotierende Riemenscheiben);
• Filter zum Schutz vor Metallbildung und Ablagerungen;
• Heizkörper (Wärme aus der Box entfernen);
• Planetenmechanismus, der eine Rückwärtsbewegung des Autos ermöglicht.

Keilriemenvariator

Der Keilriemenvariator wird durch zwei Gleit- und Spreizriemenscheiben dargestellt, die durch einen Metallriemen verbunden sind. Durch die Reduzierung des Durchmessers der Antriebsscheibe kommt es gleichzeitig zu einer Vergrößerung des Durchmessers der Abtriebsscheibe, was auf ein Untersetzungsgetriebe hindeutet. Eine Vergrößerung des Durchmessers der Antriebsriemenscheibe ergibt einen Overdrive.

Die Änderung des Drucks des Arbeitsmediums wirkt sich auf die Bewegung des Kegels der Antriebsscheibe aus. Die angetriebene Riemenscheibe ändert ihren Durchmesser dank eines gespannten Riemens und einer Rückstellfeder. Schon eine leichte Druckänderung im Getriebe wirkt sich auf die Übersetzung aus.

Gürtelgerät

Der riemenförmige CVT-Riemen besteht aus Metallseilen oder -bändern. Ihre Anzahl kann bis zu 12 Stück erreichen. Die Streifen werden übereinander angeordnet und mit Stahlklammern aneinander befestigt. Die komplexe Form der Halterungen ermöglicht nicht nur die Befestigung der Streifen, sondern auch den Kontakt mit den Riemenscheiben, der für den Betrieb des Getriebes erforderlich ist.

Schutz vor schnellem Verschleiß bietet die Beschichtung. Es verhindert auch, dass der Riemen während des Betriebs über die Riemenscheiben rutscht. In modernen Autos ist es aufgrund der geringen Ressourcen des Teils unrentabel, Leder- oder Silikonriemen zu verwenden.

V-Kettenvariator

Der V-Ketten-Variator ähnelt dem Keilriemen, nur dass die Kette die Rolle eines Übermittlers zwischen An- und Abtriebswelle spielt. Für die Übertragung des Drehmoments ist das Kettenende zuständig, das die Kegelfläche der Riemenscheiben berührt.

Aufgrund seiner größeren Flexibilität ist die V-Ketten-Version des CVT hocheffizient.

Das Funktionsprinzip ist genau das gleiche wie bei einem Getriebe mit Riemenantrieb.

Schaltungsgerät

Die Kette besteht aus Metallplatten, die jeweils Verbindungslaschen aufweisen. Aufgrund der beweglichen Verbindung zwischen den Laschen im Kettendesign bieten sie Flexibilität und halten das Drehmoment auf einem bestimmten Niveau. Durch die schachbrettartig angeordneten Glieder hat die Kette eine hohe Festigkeit.

Die Bruchkraft der Kette ist höher als die des Riemens. Stolleneinsätze werden aus Legierungen hergestellt, die einem schnellen Verschleiß widerstehen. Sie werden mit Hilfe von Einsätzen verschlossen, deren Form halbzylindrisch ist. Das Konstruktionsmerkmal von Ketten ist, dass sie sich dehnen können. Diese Tatsache wirkt sich auf den Betrieb des stufenlosen Getriebes aus und erfordert daher bei der planmäßigen Wartung besondere Aufmerksamkeit.

Toroidaler Variator

Der toroidale CVT-Getriebetyp ist weniger verbreitet. Ein bemerkenswertes Merkmal der Vorrichtung ist, dass hier anstelle eines Riemens oder einer Kette rotierende Rollen verwendet werden (um ihre Achse Pendelbewegungen von der Antriebsscheibe zur Abtriebsscheibe).

Das Funktionsprinzip ist die gleichzeitige Bewegung der Rollen auf der Oberfläche der Hälften der Riemenscheiben. Die Oberfläche der Hälften hat die Form eines Toroids, daher der Name des Getriebes. Wird der Kontakt mit der Antriebsscheibe auf der Linie des größten Radius realisiert, so wird der Kontaktpunkt mit der Abtriebsscheibe auf der Linie des kleinsten Radius liegen. Diese Position entspricht dem Overdrive-Modus. Wenn sich die Rollen in Richtung der angetriebenen Welle bewegen, wird der Gang heruntergeschaltet.

CVT in der Automobilindustrie

Automobilmarken entwickeln eigene Optionen für stufenlose Getriebe. Jeder Konzern benennt die Entwicklung auf seine Weise:

1. Durashift CVT, Ecotronic - amerikanische Version von Ford;
2. Multitronic und Autotronic - deutsche CVTs von Audi und Mercedes-Benz;
3. Multidrive (Toyota), Lineartronic (Subaru), X-Tronic und Hyper (Nissan), Multimatic (Honda) – diese Namen sind bei japanischen Herstellern zu finden.

Vor- und Nachteile des CVT

Wie ein manuelles oder automatisches Getriebe hat ein stufenloses Getriebe seine Vor- und Nachteile. Die Vorteile sind:

• bequeme Bewegung mit dem Auto (Position „D“ am Wahlschalter wird vor Beginn der Bewegung eingestellt, der Motor beschleunigt und verlangsamt das Auto ohne für Mechanik und Automatik charakteristische Rucke);
• gleichmäßige Belastung des Motors, die in Kombination mit dem präzisen Betrieb des Getriebes zur Kraftstoffeinsparung beiträgt;
• reduzierte Emissionen von Schadstoffen in die Atmosphäre;
• dynamische Beschleunigung des Autos;
• fehlender Radschlupf, was die Sicherheit erhöht (insbesondere bei Fahrten auf Eis).

Von den Minuspunkten eines stufenlosen Getriebes wird auf sich selbst aufmerksam gemacht:

• eine Konstruktionsbeschränkung für die Kombination eines Variators mit leistungsstarken Verbrennungsmotoren (bisher können wir nur über wenige Autos mit einem solchen Tandem sprechen);
• begrenzte Ressourcen auch bei regelmäßiger Wartung;
• teure Reparaturen (Kauf);
• hohe Risiken beim Kauf eines Gebrauchtwagens mit CVT (aus der „Katze im Sack“, da nicht sicher bekannt ist, wie der Vorbesitzer das verkaufte Auto betrieben hat);
• eine kleine Anzahl von Servicezentren, in denen die Meister die Reparatur des Geräts übernehmen würden (jeder kennt CVTs);
• Einschränkung des Schleppens und der Verwendung von Anhängern;
• Abhängigkeit von Überwachungssensoren (Bordcomputer gibt im Fehlerfall falsche Daten für den Betrieb aus);
• teures Getriebeöl und die Anforderung, dessen Füllstand ständig zu überwachen.

CVT-Ressource

Die Betriebsnuancen (Straßenzustand, Fahrstil) und die Wartungshäufigkeit eines CVT-Getriebes wirken sich auf die Ressourcen des Geräts aus.

Werden die Herstellerangaben nicht befolgt, wird gegen die regelmäßigen Wartungsvorschriften verstoßen, ist es sinnlos, auf eine lange Lebensdauer zu rechnen.

Die Ressource beträgt 150 km, die Übertragung pflegt in der Regel nicht mehr. Es gibt Einzelfälle, in denen das CVT im Rahmen der Garantiereparatur an Fahrzeugen geändert wurde, die keine 30 km zurückgelegt haben. Aber das ist eine Ausnahme von der Regel. Die Haupteinheit, die die Lebensdauer beeinflusst, ist der Riemen (Kette). Das Teil erfordert die Aufmerksamkeit des Fahrers, da das CVT bei starkem Verschleiß vollständig brechen kann.

Befund

Bei Autos mit stufenloser Drehmomentübertragung gibt es einen Grund für negative Bewertungen. Der Grund dafür ist, dass der Knoten regelmäßig gewartet werden muss und seine Ressourcen klein sind. Die Frage, ob man ein Auto mit CVT kauft, entscheidet jeder für sich. Das Getriebe hat Vor- und Nachteile. Abschließend können Sie einen warnenden Kommentar abgeben - beim Kauf eines Gebrauchtwagens mit CVT müssen Sie äußerst vorsichtig sein. Der Besitzer eines Gebrauchtwagens kann die Funktionsmerkmale verbergen, und der Variator ist in dieser Hinsicht eine sensible Option für ein mechanisches Getriebe.