Stufenlose Übertragung

Pulley-basedEdit

Der häufigste CVT-Typ verwendet einen Keilriemen, der zwischen zwei Riemenscheiben mit variablem Durchmesser verläuft. Die Riemenscheiben bestehen aus zwei kegelförmigen Hälften, die sich zusammen und auseinander bewegen. Der Keilriemen verläuft zwischen diesen beiden Hälften, so dass der effektive Durchmesser der Riemenscheibe vom Abstand zwischen den beiden Hälften der Riemenscheibe abhängt., Der V-förmige Querschnitt des Riemens bewirkt, dass er auf einer Riemenscheibe höher und auf der anderen niedriger fährt, daher wird das Übersetzungsverhältnis eingestellt, indem die beiden Garben einer Riemenscheibe näher zusammen und die beiden Garben der anderen Riemenscheibe weiter auseinander bewegt werden.

Da sich der Abstand zwischen den Riemenscheiben und der Länge des Riemens nicht ändert, müssen beide Riemenscheiben gleichzeitig (einer größer, der andere kleiner) eingestellt werden, um die richtige Spannung am Riemen aufrechtzuerhalten., Einfache CVTs, die eine Zentrifugalantriebsrolle mit einer federbelasteten angetriebenen Riemenscheibe kombinieren, verwenden häufig die Riemenspannung, um die entsprechenden Einstellungen in der angetriebenen Riemenscheibe zu bewirken. Der Keilriemen muss in axialer Richtung der Riemenscheibe sehr steif sein, um beim Ein-und Ausrutschen der Riemenscheiben nur kurze radiale Bewegungen ausführen zu können.

Die Riemenscheiben-Radialdicke des Riemens ist ein Kompromiss zwischen maximalem Übersetzungsverhältnis und Drehmoment., Stahlverstärkte Keilriemen sind ausreichend für Low-Mass-Low-Torque-Anwendungen wie Nutzfahrzeuge und Schneemobile, aber höhere Masse und Drehmoment Anwendungen wie Autos erfordern eine Kette. Jedes Element der Kette muss konische Seiten haben, die zur Riemenscheibe passen, wenn der Riemen im äußersten Radius läuft. Wenn sich die Kette in die Riemenscheiben bewegt, wird die Kontaktfläche kleiner. Da die Kontaktfläche proportional zur Anzahl der Elemente ist, benötigen Kettenbänder viele sehr kleine Elemente.,

Ein riemengetriebenes Design bietet einen Wirkungsgrad von etwa 88%, der zwar niedriger ist als der eines Schaltgetriebes, aber dadurch ausgeglichen werden kann, dass der Motor unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit mit der effizientesten Drehzahl betrieben werden kann. Wenn die Leistung wichtiger ist als die Wirtschaftlichkeit, kann das Verhältnis des CVT geändert werden, damit sich der Motor bei der Drehzahl drehen kann, bei der er die größte Leistung erzeugt.

In einem kettenbasierten CVT wird ein Schmierfilm auf die Riemenscheiben aufgebracht., Es muss dick genug sein, damit sich die Riemenscheibe und die Kette niemals berühren, und es muss dünn sein, um beim Eintauchen jedes Elements in den Schmierfilm keine Energie zu verschwenden. Zusätzlich stabilisieren die Kettenelemente etwa 12 Stahlbänder. Jedes Band ist dünn genug, damit es sich leicht biegt. Beim Biegen hat es eine perfekte konische Oberfläche auf der Seite. In dem Stapel von Bändern entspricht jedes Band einem etwas anderen Antriebsverhältnis, und so gleiten sie übereinander und benötigen Öl zwischen ihnen., Außerdem gleiten die äußeren Bänder durch die stabilisierende Kette, während das mittlere Band als Kettengestänge verwendet werden kann.

Einige CVTs übertragen die Leistung über die Spannung im Riemen auf die Abtriebsrolle (eine „Zugkraft“), während andere eine Verbindungselementkompression verwenden, bei der die Eingangsrolle den Riemen „drückt“, was wiederum die Ausgangsrolle drückt.,

Positiv stufenlose (PIV) Kettenantriebe zeichnen sich dadurch aus, dass sich die Kette positiv mit den konischen Riemenscheiben verzahnt, dies wird dadurch erreicht, dass in jedem Kettenglied ein Stapel von vielen kleinen rechteckigen Platten vorhanden ist, die unabhängig von Seite zu Seite gleiten können., Die konischen Riemenscheiben haben radiale Nuten, eine Nut auf einer Seite der Riemenscheibe wird mit einem Grat auf der anderen Seite getroffen und so werden die Gleitplatten hin und her geschoben, um dem Muster zu entsprechen, und bilden effektiv Zähne der richtigen Steigung, wenn sie zwischen den Riemenscheiben gedrückt werden. Aufgrund der ineinandergreifenden Oberflächen kann diese Art von Antrieb ein erhebliches Drehmoment übertragen und wurde daher in industriellen Anwendungen weit verbreitet, jedoch ist die Höchstgeschwindigkeit deutlich niedriger als bei anderen Riemenscheiben-basierten CVTs., Die Gleitplatten verschleißen langsam über Jahre hinweg, daher werden die Platten länger als nötig hergestellt, was mehr Verschleiß ermöglicht, bevor die Kette erneuert oder ersetzt werden muss. Eine konstante Schmierung ist erforderlich und so ist das Gehäuse meist teilweise mit Öl gefüllt.

ToroidalEdit

Toroidal CVT-Getriebe, wie Sie auf dem 1999 Nissan Cedric (Y34), aus einer Serie von Scheiben und Rollen., Die Scheiben können als zwei fast konische Teile Punkt für Punkt dargestellt werden, wobei die Seiten so angeordnet sind, dass die beiden Teile das zentrale Loch eines Torus füllen können. Eine Disc ist der Eingang und die andere ist der Ausgang. Zwischen den Scheiben befinden sich Rollen, die das Verhältnis variieren und die Leistung von einer Seite zur anderen übertragen. Wenn die Achse der Walze senkrecht zur Achse der Scheiben steht, ist der effektive Durchmesser für die Eingangsscheiben und die Ausgangsscheiben gleich, was zu einem Antriebsverhältnis von 1:1 führt., Für andere Verhältnisse werden die Rollen entlang der Achse der Scheiben bewegt, was dazu führt, dass die Rollen an einem Punkt mit den Scheiben in Kontakt kommen, der einen größeren oder kleineren Durchmesser hat, was ein Antriebsverhältnis von etwas anderem als 1:1 ergibt.

Ein Vorteil eines ringförmigen CVT ist die Fähigkeit, höheren Drehmomentbelastungen standzuhalten als ein auf Riemenscheiben basierendes CVT. In einigen Ringkernsystemen kann die Schubrichtung innerhalb des CVT umgekehrt werden, wodurch die Notwendigkeit einer externen Vorrichtung zur Bereitstellung eines Rückwärtsgangs entfällt.,

RatchetingEdit

Ein Ratschen-CVT verwendet eine Reihe von Einwegkupplungen oder Ratschen, die nur „Vorwärts“ – Bewegungen korrigieren und summieren. Die Ein-Aus-Eigenschaften einer typischen Ratsche bedeuten, dass viele dieser Konstruktionen nicht kontinuierlich im Betrieb sind (dh technisch kein CVT), jedoch gibt es in der Praxis viele Ähnlichkeiten im Betrieb und ein Ratschen-CVT ist in der Lage, aus jeder gegebenen Eingangsgeschwindigkeit eine Ausgangsgeschwindigkeit von Null zu erzeugen (gemäß einem stufenlosen Getriebe)., Das Antriebsverhältnis wird durch Ändern der Verbindungsgeometrie innerhalb der oszillierenden Elemente so eingestellt, dass die summierte maximale Verbindungsgeschwindigkeit eingestellt wird, selbst wenn die durchschnittliche Verbindungsgeschwindigkeit konstant bleibt.

Ratschen-CVTs können ein erhebliches Drehmoment übertragen, da ihre statische Reibung im Verhältnis zum Drehmomentdurchsatz tatsächlich zunimmt, sodass ein Verrutschen in ordnungsgemäß konstruierten Systemen nicht möglich ist. Der Wirkungsgrad ist im Allgemeinen hoch, da der größte Teil der dynamischen Reibung durch sehr geringfügige Änderungen der Übergangsdrehzahl der Kupplung verursacht wird., Der Nachteil von Ratschen-CVTs ist die Vibration, die durch den sukzessiven Geschwindigkeitsübergang verursacht wird, der zum Beschleunigen des Elements erforderlich ist und das zuvor betätigende und verzögernde Leistungsübertragungselement ersetzen muss.

Das Konstruktionsprinzip stammt aus der Zeit vor den 1930er Jahren, wobei das ursprüngliche Design dazu gedacht war, Drehbewegungen in oszillierende Bewegungen und mit Rollenkupplungen in Drehbewegungen umzuwandeln. Diese Konstruktion bleibt ab 2017 in Produktion, für den Einsatz mit Elektromotoren mit niedriger Drehzahl. Ein Prototyp als Fahrradgetriebe wurde 1994 patentiert., Das Funktionsprinzip für ein Ratschen-CVT-Design mit einem Scotch-Joch-Mechanismus zur Umwandlung von Drehbewegungen in oszillierende Bewegungen und nicht kreisförmige Zahnräder zur Erzielung eines gleichmäßigen Eingangs-Ausgang-Verhältnisses wurde 2014 patentiert.

HydrostaticEdit

Hydrostatische CVTs eine variable Verschiebung Pumpe und hydraulische motor, damit die übertragung wandelt den hydraulischen Druck, um die Drehung der Abtriebswelle., Die Vorteile von hydrostatischen CVTs sind:

• Kann auf jede Drehmomentkapazität skaliert werden, die durch einen Hydraulikmotor erreicht werden kann.
• Die Kraft kann mit flexiblen Schläuchen auf die Radnabe übertragen werden, was ein flexibleres Aufhängungssystem ermöglicht und das Design von Gelenkfahrzeugen mit Allradantrieb vereinfacht.
• Durch alle Vorwärts-und Rückwärtsgeschwindigkeiten verläuft ein sanfter Übergang, der mit einem einzigen Hebel gesteuert werden kann.
• Beliebig langsame Kriechgeschwindigkeiten können bei vollem Drehmoment erreicht werden, was eine präzise Fahrzeugbewegung ermöglicht.,
• Kann auch eine Drehzahlregelung für andere hydraulische Komponenten wie Hydraulikzylinder bereitstellen.

Im Vergleich zu Getriebegetrieben sind hydrostatische CVTs im Allgemeinen teurer, aber bei Maschinen, die bereits hydraulische Kraftübertragung nutzen, ist die zusätzliche Komplexität und Kosten weniger signifikant. Wie bei den meisten hydraulischen Kraftübertragungen erfordert die Übertragung eines hohen Drehmoments für längere Zeiträume eine Kühlung der Hydraulikflüssigkeit.,

Die Verwendung von hydrostatischen CVTs umfasst Futtererntemaschinen, Mähdrescher, kleine Rad-/Ketten – /Kompaktlader, Raupentraktoren und Straßenwalzen. Ein landwirtschaftliches Beispiel, das von der AGCO Corporation hergestellt wird, spaltet die Leistung zwischen hydrostatischer und mechanischer Übertragung auf die Abtriebswelle über ein Planetengetriebe in Vorwärtsrichtung (umgekehrt ist die Kraftübertragung vollständig hydrostatisch), dies reduziert die Belastung des hydrostatischen Teils des Getriebes in Vorwärtsrichtung, indem ein erheblicher Teil des Drehmoments durch effizientere feste Gänge übertragen wird.,

Eine Variante namens Integrated Hydrostatic Transaxle (IHT) verwendet ein einzelnes Gehäuse sowohl für Hydraulikelemente als auch für getriebereduzierende Elemente und wird in einigen Minitraktoren und Fahrradmähern verwendet.

Das 2008-2010 Honda DN-01 Cruiser Motorrad verwendete einen hydrostatischen CVT in Form einer Axialkolbenpumpe mit variablem Hubraum und einer Wechselplatte mit variablem Winkel.

Der japanische Typ-10-Tank verwendet ein hydraulisches mechanisches Getriebe.,

ConeEdit

A cone CVT variiert das Antriebsverhältnis, indem ein Rad oder Riemen die Achse der Kegelrolle(n) auf und ab bewegt wird. Die einfachste Art von Kegel-CVT, die Single-Cone-Version, verwendet ein Rad, das sich entlang der Neigung des Kegels bewegt und die Variation zwischen dem schmalen und dem breiten Durchmesser des Kegels erzeugt.

Einige designs von Kegel CVTs verwenden zwei rollen., Der Evans Reibungskegel-hergestellt in den 1920er Jahren-verwendet zwei Rollen, die so ausgerichtet sind, dass ein kleiner konstanter Spalt zwischen den Rollen vorhanden ist. Im Spalt zwischen den Rollen sitzt ein Lederband, das gegen beide Rollen gedrückt wird, um die Bewegung von der Eingangsrolle auf die Ausgangsrolle zu übertragen. Das Antriebsverhältnis des Getriebes wird eingestellt, indem dieses Band entlang der Achse der Rollen bewegt wird.

Bei einem CVT mit Schwingkegeln wird das Drehmoment über Reibung von einer variablen Anzahl von Kegeln (entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment) auf eine zentrale, tonnenförmige Nabe übertragen., Die Seitenfläche der Nabe ist konvex mit einem spezifischen Krümmungsradius, der kleiner ist als der Konkavitätsradius der Zapfen. Auf diese Weise wird es jederzeit nur einen (theoretischen) Kontaktpunkt zwischen jedem Kegel und der Nabe geben.

epizyklisches CVT

In einem epizyklischen CVT (auch planetarisches CVT genannt) wird das Übersetzungsverhältnis durch kontinuierliches Kippen der Sphärachsen verschoben, um unterschiedliche Kontaktradien bereitzustellen, die wiederum Eingabe-und Ausgabescheiben antreiben., Das System kann mehrere „Planeten“ haben, um Drehmoment durch mehrere Fluidflecken zu übertragen. Zu den Serienversionen gehören der Toyota e-CVT (der 1997 auf dem Toyota Prius debütierte) und der NuVinci CVT.

Andere typenEdit

Reibscheiben-Getriebe wurden in mehreren Traktoren und kleinen Lokomotiven in den frühen Jahrzehnten des 20. Diese Übertragungen bestehen aus einer Ausgabescheibe, die über die Oberfläche der Eingabescheibe bewegt werden kann, auf der sie gerollt ist. Wenn die Ausgabescheibe auf eine Position eingestellt wurde, die ihrem eigenen Radius entspricht, betrug das resultierende Laufwerkverhältnis 1:1., Das Laufwerksverhältnis könnte auf unendlich (d. H. Eine stationäre Ausgabescheibe) eingestellt werden, indem die Ausgabescheibe in die Mitte der Eingabescheibe bewegt wird. Die Ausgaberichtung könnte auch umgekehrt werden, indem die Scheibe an der Mitte der Eingangsscheibe vorbeibewegt wird. Das Getriebe bei frühen Plymouth-Lokomotiven funktionierte auf diese Weise, während bei Traktoren, die Reibscheiben verwendeten, Der Bereich der Rückwärtsgeschwindigkeiten typischerweise begrenzt war.

Ein magnetischer CVT überträgt das Drehmoment eher über eine berührungslose Magnetkupplung als über einen physischen Kontakt., Das Design verwendet zwei Ringe aus Permanentmagneten mit einem Ring aus Stahlpolstücken dazwischen, um ein Planetengetriebe mit Magneten zu erzeugen. Es wird behauptet, dass der Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu einem mechanischen System um 3 bis 5 Prozent gesenkt wird.

Stufenlose übertragungenEdit

Einige CVTs können auch als stufenloses Getriebe (IVT) fungieren, das einen unendlichen Bereich niedriger Gänge bietet (z. B. ein Fahrzeug mit einer unendlich langsamen Geschwindigkeit vorwärts bewegen)., Einige IVTs verhindern das Zurückfahren (bei dem sich die Abtriebswelle wie ein Kraftfahrzeuggetriebe im Leerlauf frei drehen kann), da sie ein hohes Rückantriebsmoment bereitstellen. Andere IVT, wie Ratschenarten, erlauben der Abtriebswelle, sich frei zu drehen. Die Arten von CVTs, die als IVTs funktionieren können, umfassen epizyklische, Reibscheiben-und Ratschen-CVTs.

In einem epizyklischen CVT werden die unendlich niedrigen Antriebsverhältnisse erzeugt, wenn die Abtriebswellenrotationsgeschwindigkeit gleich der Differenz zwischen zwei anderen Drehzahlen innerhalb des CVT ist., In dieser Situation funktioniert das CVT als Regler für die Drehzahl eines der drei Rotatoren des Planetengetriebesystems. Da zwei der Rotatoren Eingang und Ausgang des Reglers sind, kann der CVT so konfiguriert werden, dass für jede gegebene Eingangsgeschwindigkeit eine Ausgangsgeschwindigkeit von Null erreicht wird. Die Eingangsgeschwindigkeit des CVT ist immer die gleiche wie der Motor, auch wenn die Ausgangsgeschwindigkeit Null ist.

MagneticEdit

Konzeptmodell CVTs verwenden Ringe aus Permanentmagneten, um kontaktlose Zahnräder zu bilden.