Continuously variable transmission

Die Continuously variable transmission (CVT, zu deutsch kontinuierlich verstellbare (Kraft-)Übertragung) ist eine Form von Getriebe, die bei Werkzeugmaschinen und Fahrzeugen zum Einsatz kommt.

Andere Benennung

CVT-Getriebe werden auch Variator-Getriebe genannt. Sie ermöglichen eine stufenlose Einstellung der Übersetzung.

Beschreibung

Bei CVT-Getrieben wird die Kraft über Zugmittel, entweder breite Keilriemen, Lamellenketten oder Schubgliederbänder übertragen. Daneben gibt es CVT als Wälzkörpergetriebe (Kegelringgetriebe und Extroid CVT).

Zentrales Element für die Kraftübertragung bei einem CVT ist der Variator. Er besteht aus zwei axial verschiebbaren Kegelscheibenpaaren und einem dazwischen laufenden Zugmittel.

Ausführungen

Pivgetriebe.png

Das Umschlingungsmittel kann wahlweise aus

einem Schubgliederband, das zwischen zwei Kegelscheibenpaaren läuft
einem breitem Keilriemen, der zwischen zwei glatten Kegelscheibenpaaren läuft (siehe auch: Riemengetriebe)
einer Laschenkette die zwischen zwei glatten Kegelscheibenpaaren läuft (siehe auch: Multitronic) oder
einer Kette mit seitlich verschieblichen Blechlamellen die zwischen zwei gezahnten Kegelscheibenpaaren läuft (siehe auch: Kettengetriebe)

bestehen.

Hauptunterschied der Ausführungen ist:

Das Schubgliederband überträgt in den meisten Betriebszuständen das Drehmoment durch Schubkräfte.
Der Keilriemen arbeitet kraftschlüssig und weist Schlupf aus. Dafür ist das Betriebsgeräusch des Keilriemens geringer und kann ohne Schmierung laufen. Das maximal übertragbare Drehmoment ist relativ gering.
Die Laschenkette arbeitet kraftschlüssig. Der Schlupf wird durch einen hohen, hydraulisch erzeugten Anpressdruck überwunden. Das maximal übertragbare Drehmoment beträgt etwa 300 Nm.
Die Lamellenkette arbeitet formschlüssig und damit schlupffrei.

Funktion

Das eine Kegelscheibenpaar ist mit dem Antrieb verbunden, das andere mit der Abtrieb. Jeweils eine diagonal gegenüberliegende Hälfte der Kegelscheibenpaare ist auf den Wellen fixiert, während die jeweils andere Scheibe auf der Welle axial geführt, gesteuert verschoben werden kann.

Wenn die Kegelscheiben weit voneinander entfernt sind, dann beschreibt das Zugmittel einen kleinen Radius auf der Kegelfläche. Sind die Kegelscheiben dagegen nah beieinander, dann folgt das Zugmittel einem großen Radius auf der Kegelfläche.

Die Bewegungen beider Kegelscheibenpaare erfolgt dabei gegenläufig, damit bei gleich bleibender Zugmittellänge und Achsabstand das Zugmittel vorgespannt bleibt.

Ein kleiner Zugmittel-Radius entspricht einem kleinen Gang eines konventionellen Getriebes, ein großer Radius einem großen Gang.

Sind die Kegelscheiben weit voneinander entfernt und werden die Kegelscheiben zusammengedrückt, dann vergrößert sich der Zugmittel-Radius und damit das Übersetzungsverhältnis von klein auf groß. Da dieser Vorgang stufenlos erfolgt, verändert sich das Übersetzungsverhältnis ebenfalls stufenlos.

Sonderform

Eine Sonderform des CVT stellt die Kraftweiche (Power Split Device) im Hybridfahrzeug Toyota Prius dar. Dort wird die stufenlose Schaltung virtuell erzeugt, indem ein Generator eine elektronisch gesteuerte Last am Sonnenrad eines Planetengetriebes darstellt. In Abhängigkeit von dieser Last verändert sich das Übersetzungsverhältnis zwischen dem vom Verbrennungsmotor angetriebenen Planetenradträger und dem als Abtrieb dienenden Zahnkranz. Das System wird von Toyota unter dem Namen Hybrid Synergy Drive vermarktet.

Anwendungen

Im Maschinenbau, vor allem in Werkzeugmaschinen, war vor der breiten Einführung elektronisch regelbarer Motore das CVT-Getriebe (ein Markenname: "P.I.V.") für schlupffreie und stufenlos stellbare Antriebe weit verbreitet. CVT-Fliehkraft.JPG Weitläufig bekannt wurden das CVT-Getriebe als so genannte Variomatic in einem Fahrzeug von DAF, das theoretisch vorwärts wie rückwärts gleich schnell fahren konnte. In den 1980er Jahren wurden Kleinkrafträder (Mofa/Moped) in Großserie von Honda (z.B. im Mofa Honda Camino) und Vespa mit einem Keilriemen CVT in Verbindung mit einer Fliehkraftkupplung gefertigt.

Heute finden sich CVT-Getriebe z.B. in Antrieben von Motorrollern, bei landwirtschaftlichen Geräten, bei Baumaschinen und zunehmend wieder in Pkw bis 191 kW (260 PS) (z. B. Audi-Multitronic) für Kettenanwendungen und bis 350 Nm für Schubgliederapplikationen. Eine Elektronik regelt das CVT so, dass sich der Motor stets, für die vorgewählte Fahrweise, im optimalen Drehzahlbereich befindet. Dies bedeutet je nach Fahrsituation, dass der Motor in einem Drehzahlbereich mit geringstmöglichem Kraftstoffverbrauch (meist ECONOMY genannt, beim Beschleunigen bleibt der Motor im Drehzahlbereich des maximalen Drehmoments) oder höchstmöglicher Leistung (z.B. zum Überholen, meist POWER genannt, im Drehzahlbereich der maximalen Leistungsabgabe) läuft. Während des Beschleunigens kann der Motor bei konstanter Drehzahl seine maximale Leistung abgeben, während die Geschwindigkeitszunahme über das stufenlose Getriebe ausgeglichen wird. Dies hat den anfangs irritierenden Effekt, dass bei gleich bleibendem Motorgeräusch die Geschwindigkeit stetig zunimmt ("Gummiband-Effekt").

Eine Variante des CVT als Reibradgetriebe mit winkelveränderlichen Rollen stellt das 1999 vorgestellte (Nissan Extroid CVT)-Getriebe dar. Dieses Getriebe ist wegen einer überdimensionierten Hydraulik sowie einem ungünstigen Wirkungsgrad in kleinen Kraftfahrzeugen noch zu schwer und zu teuer. Allerdings wird das technische Potenzial der rollreibenden und damit extrem leisen, komfortablen stufenlosen Kraftübertragung erkennbar. Eine moderne Variante mit Rollreibungsübertragung ist das Kegelringgetriebe.

Die Serie A und B von Mercedes-Benz des Daimler-Chrysler-Konzerns werden mit einem CVT-Automatikgetriebe mit virtuellen Gängen ausgestattet, die auch wahlweise per Hand geschaltet werden können.

Siehe auch

Die Firma Nissan hat ein Wälzkörpergetriebe unter dem Namen "Extroid-CVT" realisiert und in Fahrzeugen eingesetzt.
Getriebe
Schubkettengetriebe

Weblinks

http://www.gif.net/de/entwicklungen/krg/
http://perso.wanadoo.fr/x9-500/ssi/conseil-meca-levariateur-general.shtml Bilder (Französisch)
http://www.piv-drives.com/index01.asp
http://cvt.com.sapo.pt/toc_en.htm
http://rb-k.bosch.de/de/start/product_v_ae_19_cvt.html - Weitere Informationen

Getriebelehre

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