Ein Automatikgetriebe, das sanft zwischen einem kontinuierlichen Bereich nützlicher Übersetzungsverhältnisse umschalten kann, wird als stufenloses Getriebe (CVT) bezeichnet, das auch als schaltloses Getriebe bekannt ist. Single-Speed-Getriebe, stufenloses Getriebe, Riemenscheibengetriebe oder für Cruiser ein "Turn and Go"-Getriebe.
Andere mechanische Getriebe bieten im Vergleich dazu nur eine begrenzte Anzahl von Übersetzungsverhältnissen. Mit der richtigen Steuerung kann die Flexibilität eines CVT es der Eingangswelle ermöglichen, ihre Winkelgeschwindigkeit konstant zu halten, selbst wenn sich die Ausgangsdrehzahl ändert.
Ein riemengetriebenes Design ist zwar weniger effizient als ein manuelles Getriebe, erreicht aber einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von etwa 88 %, was durch niedrigere Produktionskosten und die Fähigkeit, den Motor über einen Bereich von Ausgangsdrehzahlen mit seiner effektivsten Drehzahl laufen zu lassen, gerechtfertigt werden kann.
Übertragungsarten
Handbuch
Sequentielles Handbuch
Nicht synchron
Vorwähler
Automatisch
Manumatisch
Halbautomatisch
Elektrohydraulisch
Doppelkupplung
Stufenlos variabel
Fahrradgetriebe
Kettenschaltung
Nabenschaltung
Wenn Leistung wichtiger ist als Wirtschaftlichkeit, kann das CVT-Verhältnis angepasst werden, damit der Motor mit der Drehzahl drehen kann, die die meiste Leistung erzeugt. Dies ist normalerweise höher als die Drehzahl, bei der die maximale Effizienz erreicht wird. Ein riemengetriebenes CVT bietet auch Benutzerfreundlichkeit und mechanische Einfachheit bei Anwendungen mit geringer Masse und niedrigem Drehmoment (z. B. Motorroller).
Ein CVT erfordert nicht das Vorhandensein einer Kupplung. Nichtsdestotrotz wird einigen Fahrzeugen (z. B. Motorrädern) eine Fliehkraftkupplung hinzugefügt, um eine "neutrale" Haltung zu erleichtern, was beim Leerlauf oder beim manuellen Rückwärtsfahren in eine Parklücke nützlich ist.
VERWENDET
Fahrzeuge mit Motoren
CVTs mit einfachen Gummiriemen (nicht dehnbarer fester Umfang, hergestellt aus verschiedenen hochbeständigen und flexiblen Materialien) werden üblicherweise in kleinen motorisierten Fahrzeugen verwendet, wo ihre mechanische Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit ihre relative Ineffizienz überwiegen. CVTs, typischerweise mit Gummiriemen oder variabler Riemenscheibe, werden in fast allen Schneemobilen, Nutzfahrzeugen, Golfwagen und Motorrollern verwendet.
CVTs wurden zusammen mit mehreren anderen elektronischen Systemen und Fahrerhilfen 1994 aus der Formel 1 verbannt, da Bedenken hinsichtlich steigender F&E-Kosten und der Aufrechterhaltung eines gewissen Maßes an Fahrerbeteiligung an den Fahrzeugen bestanden.
CVT-Systeme für Go-Karts wurden kürzlich [wann?] entwickelt und haben nachweislich die Leistung und die Lebenserwartung des Motors verbessert. Das CVT-System wird auch in der Offroad-Fahrzeuglinie von Tom Car verwendet.
Einige Fahrzeuge, die CVT anbieten, sind der Chrysler Pacifica Mix, der Passage C-MAX halb und halb, der Mitsubishi Lancer, der Evade Type, der Toyota Corolla, der Scion Level of Intelligence, der Honda Understanding, Fit, CR-Z halb und Half, CR-V, Capa, Honda Urban, Honda Accord, Nissan Tiida/Versa (SL, SV und Note S zusätzlich zu oder höheren Modellen), Block, Juke, Sentra, Altima, Maxima, 2013 1.2 Note, Rebel , X-Trail, Murano, Pathfinder, Radiant und der nicht-mexikanische Micra, der Jeep Loyalist und Compass, der Suzuki SX4 S-Cross und der Subaru Forester, Impreza, Heritage, Outback und Crosstrek, Suzuki Kizashi, Toyota Allion ab 2009 , Toyota Premio ab 2009, Toyota Avalon, Toyota Imprint X und so weiter.
CVTs sollten von Power-Sharing-Getrieben (PSTs) getrennt werden, die in modernen Hybridfahrzeugen wie dem Toyota Prius, Highlander und Camry sowie den Hybrid-SUVs Nissan Altima und Ford Escape zu finden sind. Die PST-Technologie verwendet zwei Primärantriebseingänge und verändert das Verhältnis ihrer Beiträge zur Ausgangsdrehzahl und -leistung, während die CVT-Technologie nur einen Primärantriebseingang verwendet und variable Ausgangsdrehzahlen und Drehmoment erzeugt. Diese Sendungen sind diametral entgegengesetzt.
Variable Riemenantriebe wurden bereits in den 1950er Jahren in Landmaschinen, einschließlich Mähdreschern, eingesetzt. Viele kleine Traktoren und selbstfahrende Rasenmäher für Haus und Garten verwenden ebenfalls ein einfaches CVT mit Gummiriemen. Hydrostatische Geräte sind bei größeren Maschinen beliebter; Gleitriemen werden bei handgeführten selbstfahrenden Mähern verwendet.
Wenn die oszillierende Bewegung mit der der Kolben zeitlich abgestimmt ist, sind Ratschen-CVTs, die eine Drehbewegung in eine oszillierende Bewegung und zurück in eine Drehbewegung unter Verwendung von Rollenkupplungen umwandeln, gut für Hubkolbenmotoren geeignet. Diese Methode hat eine vielversprechende Zukunft, da Ratschen-CVTs auch IVT sind (sie stellen die Kupplungsfunktion bereit) und eine große Energieeffizienz aufweisen. Sie könnten Herstellern dabei helfen, zukünftige Schadstoffgrenzwerte einzuhalten und gleichzeitig die Leistung von Hubkolbenmotoren zu steigern.
Elektromotoren werden verkleinert.
Anstatt basierend auf dem maximalen Drehmoment (z. B. das zum Starten oder im Fall einer plötzlichen mechanischen Überlastung erforderliche) dimensioniert zu werden, können Motoren, die diese Art von CVT verwenden, so dimensioniert werden, dass die maximale Leistung mit der maximal beabsichtigten Geschwindigkeit (der eines Fahrzeugs) in Einklang gebracht wird zum Beispiel). Ein solches CVT wird nur während des Startens oder im Falle einer mechanischen Überlastung verwendet und kann die meiste Zeit abgesteckt sein, wobei der Motor das Drehmoment direkt an den Ausgang überträgt. Um diese Anpassungen zu automatisieren, können neue Konzepte wie die Änderung der Getriebeübersetzung auf das Widerstandsdrehmoment und Fliehkraftkupplungen implementiert werden.
Für Fahrräder
Ein Ratschen-CVT wurde vorgeschlagen. Die Kurbelgarnitur schwenkt einen Hebel, der die Hin- und Herbewegung einer Doppelzahnstange erzeugt, die das Rad dreht, wenn es rückwärts und zum Rad hin vorrückt. Seit 2007 wird das stufenlose NuVinci-Getriebe angeboten.
Übertragungen mittlerer und hoher Leistung
In kleinen bis mittelgroßen landwirtschaftlichen und Erdbewegungsmaschinen sind hydrostatische CVTs weit verbreitet. Da die Motoren dieser Maschinen häufig mit konstanten Leistungspegeln betrieben werden, um hydraulische Leistung zu liefern oder Maschinen anzutreiben, werden mechanische Effizienzverluste durch eine verbesserte Betriebseffizienz, wie beispielsweise kürzere Vorwärts-Rückwärts-Shuttlezeiten bei Erdbewegungsaktivitäten, ausgeglichen. Die Getriebeleistung wird verändert, um sowohl die Geschwindigkeit als auch die Bewegungsrichtung zu regeln.
Dies ist besonders nützlich bei Geräten, die zum Schwenken oder Kompaktlenken unter Verwendung von Differentialkraft ausgelegt sind, da die erforderliche Differentiallenkwirkung leicht von unabhängigen CVTs bereitgestellt werden kann, wodurch eine Lenkung ohne Bremsverluste oder Zugkraftverlust erreicht werden kann und die Maschine an Ort und Stelle schwenken kann . Ein CVT ermöglicht die Steuerung der Vorwärtsgeschwindigkeit eines Traktors oder Mähdreschers unabhängig von der Motordrehzahl während des Mähens oder Erntens. Dadurch kann der Bediener je nach Bedarf langsamer oder schneller fahren, um Unterschiede in der Erntegutdicke auszugleichen.
Systeme zur Stromerzeugung
Seit den 1950er Jahren wurden CVTs in elektrischen Energieerzeugungssystemen von Flugzeugen und seit den frühen 1970er Jahren in Formel-500-Rennfahrzeugen des Sports Car Club of America (SCCA) verwendet.
Einige Bohrmaschinen und Fräsmaschinen umfassen ein riemenscheibenbasiertes CVT-System mit einem Paar manuell einstellbarer konischer Riemenscheibenhälften auf der Ausgangswelle, durch die ein breiter Antriebsriemen von den Motorschleifen läuft. Die Riemenscheibe am Motor hingegen hat im Allgemeinen einen festen Durchmesser oder weist eine Reihe von Stufen mit vorgegebenem Durchmesser auf, um eine Vielzahl von Geschwindigkeitsbereichen zu ermöglichen.
An der Standbohrmaschine ist ein Handrad, das mit einer Skala gekennzeichnet ist, die der gewählten Maschinengeschwindigkeit entspricht, mit einem Untersetzungsgetriebesystem verbunden, das es dem Bediener ermöglicht, den Abstand zwischen den Riemenscheibenhälften genau einzustellen. Diese Spaltbreite modifiziert so das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der festen Riemenscheibe des Motors und der variablen Riemenscheibe der Abtriebswelle, wodurch die Geschwindigkeit des Spannfutters eingestellt wird. Bei einem Riemengetriebe wird eine Spannrolle verwendet, um bei Änderung der Geschwindigkeit den Durchhang des Riemens aufzunehmen oder zu lösen. Meistens muss die Drehzahl geändert werden, während der Motor läuft.
Zur Verbesserung der Drehzahl werden doppelt gespeiste Induktionsgeneratoren typischerweise mit mehrstufigen Getrieben gepaart. Diese Getriebe können in Zukunft durch vollwertige CVTs ersetzt werden, jedoch nur durch voll übersetzte, da sie einen ausreichenden mechanischen Wirkungsgrad bieten.
Ein CVT und ein Schwungrad können zwischen einer Energiequelle (z. B. einer Windkraftanlage) und dem Generator installiert werden. Bei ausreichender Energieversorgung wird der Generator direkt mit dem CVT verbunden, das seine Drehzahl regelt. Wenn es unter ein bestimmtes Niveau fällt, wird der Generator abgeschaltet und die im Schwungrad gespeicherte Energie wird freigesetzt. Erst wenn die Drehzahl des Schwungrads ausreicht, wird Bewegungsenergie in Strom umgewandelt, sporadisch, aber immer im idealen Tempo.
Im Jahr 2016 stellte FCA US LLC den Chrysler Pacifica Hybrid-Minivan 2017 vor, der über ein CVT anstelle der 9-Gang-Automatik verfügt, die in Benzinfahrzeugen zu sehen ist.
Toyota hat ein völlig neues CVT für den Toyota Corolla Hatchback 2019 entwickelt, komplett mit einem „Startzahnrad“ oder einem physischen ersten Gang eines herkömmlichen Automatikgetriebes neben der CVT-Riemenscheibe. Von 0 auf 40 km/h blieb das Getriebe in diesem Startgang, um beim Beschleunigen aus dem Stand zu helfen und die Haltbarkeit des CVT zu erhöhen. Das Getriebe würde nach 25 Meilen pro Stunde auf die CVT-Riemenscheibe schalten.
Marketing-Namen
Lineartronik: Subaru
Xtronic Jatco: Nissan, Renault
K CVT, CVTi, eCVT: Toyota, Honda
INVECS-III: Mitsubishi
Multitronik: Volkswagen, Audi
Autotronik: Mercedes
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