Umschlingungsgetriebe: Was ist das für ein Ding?

Beim Durchblättern der Automobilkataloge haben viele von uns diesen Satz getroffen: “Ein stufenloses Umschlingungsgetriebe wird im Auto installiert.” Oder Sie könnten diese Phrase in der technischen Spezifikationstabelle sehen. Jeder weiß, was ein mechanisches Schaltgetriebe ist (außer den Amerikanern), an das Automatikgetriebe sind alle auch lange gewöhnt (vor allem die Amerikaner). Aber das Umschlingungsgetriebe ist eine wenig bekannte Sache. Aber es ist alles andere als neu.

Sie werden überrascht sein, aber diese Erfindung gehört nicht Honda und nicht einmal Mercedes. Das Patent für das Umschlingungsgetriebe wurde am Ende des 19. Jahrhunderts erteilt! Darüber hinaus wurde das erste Umschlingungsgetriebe im Jahr 1490 erfunden. Der gutmütige bärtige Leonardo da Vinci war sein Autor.

Das erste praktikable Auto mit dieser Art von Antriebsstrang erschien jedoch nicht in der Renaissance, aber später – etwa fünfhundert Jahre später, in den 1950er Jahren. Das Umschlingungsgetriebe wurde serienmäßig in DAF-Autos installiert (zu dieser Zeit wurder nicht nur Lastwagen, sondern auch Personenkraftwagen unter dieser Marke produziert). Dann begann Volvo, etwas Ähnliches zu produzieren, aber Umschlingungsgetriebe haben sich erst jetzt wirklich weit verbreitet.

In der Tat ist das Umschlingungsgetriebe (die häufigste englischsprachige Bezeichnung – CVT – continuously variable transmission) eine Variation zum Automatikgetriebe-Thema. Und das Auto, das mit ihm ausgestattet ist, verrät sich selbst auf den ersten Blick nicht – es gibt nur zwei Pedale und einen Getriebemodi-Schalthebel – P, R, N, D – das gleiche wie in Autos mit traditionellem Automatikgetriebe. Alles ist vertraut. Aber das Umschlingungsgetriebe funktioniert ganz anders. Es gibt keine festen ersten, zweiten, zehnten Gänge. Versuchen Sie sich vorzustellen, wie viele Sterne gibt es in unserem Universum oder wie viele Sandkörner gibt es an allen Stränden der Erde zusammen — das Umschlingungsgetriebe hat immer noch viel mehr Gänge. Und das “Umschalten” zwischen ihnen geschieht reibungslos und unmerklich.

Deshalb gibt es hier keine Stöße beim Anfahren und “Umschalten”. Und nicht umsonst haben wir dieses Wort in Anführungszeichen geschrieben: es gibt keine Umschaltungen als solche. Das Umschlingungsgetriebe ändert das Übersetzungsverhältnis kontinuierlich und reibungslos, wenn das Fahrzeug beschleunigt oder verlangsamt wird.

Es gibt mehrere Arten von Umschlingungsgetrieben: Keilriemenregelgetriebe mit Riemenscheiben mit variablem Durchmesser, Kettengetriebe, Toroidgetriebe… Die erste Art ist die häufigste. Schauen wir mal, wie sie funktioniert.

Hier ist es ein anschauliches Beispiel: nehmen Sie zwei Stifte (Zylinder), die parallel шт einem gewissen Abstand voneinander liegen. Ziehen Sie sie mit einem Gummiband zusammen und fangen Sie an, einen von ihnen zu drehen. Sofort beginnt sich der zweite zu drehen – mit der gleichen Geschwindigkeit. Aber wenn die Stifte unterschiedlichen Durchmessers sind, beginnt eine ganz andere Geschichte – während einer von ihnen, was grösser ist,  eine Umdrehung macht, der zweite, sagen wir, zwei.

Das Umschlingungsgetriebe ist ähnlich angeordnet, aber der Durchmesser der “Stifte”  ändert sich ständig. Es hat zwei Riemenscheiben, von denen jede in Form eines Paares von Kegeln hergestellt ist, die mit scharfen Enden zueinander gedreht sind. Und zwischen den Riemenscheiben ist ein Keilriemen eingeklemmt.

Wenn sich nun jedes der Kegelpaare zueinander und zurück bewegen kann, erhalten wir Riemenscheiben mit variablem Laufdurchmesser. Denn beim Schieben der Kegel wird der Riemen, der sie mit seinen Rippen berührt, wie in die Mitte der Riemenscheibe fallen und ihn auf einem kleinen Radius umlaufen. Und bei der Annäherung der Kegel – auf einem großen Radius.

Es bleibt nur, beide Riemenscheiben mit einem System zu versorgen (in der Regel ist es Hydraulik, aber es kann eine andere Servo sein), die streng synchron die Hälften der ersten Riemenscheibe verschieben und die Hälften der zweiten schieben wird. Und wenn sich eine Riemenscheibe auf der Antriebswelle (die vom Motor kommt) befindet, und die zweite — auf der Abtriebswelle (die zu den Rädern führt), können Sie eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses in sehr weiten Grenzen organisieren.

Es bleibt noch eine Einheit hinzuzufügen, die für die Änderung der Drehrichtung der Abtriebswelle (für den Rückwärtsgang) verantwortlich ist, und es kann, sagen wir, ein gewöhnliches Planetengetriebe sein. Und hier ist das Umschlingungsgetriebe.

Übrigens gibt es eine interessante Frage — welcher Riemen wird hier verwendet? Natürlich würde ein einfacher Riemen aus Gummi und Stoff, wie die, die Generatoren und andere Anbaugeräte drehen, hier nicht einmal Tausende von Kilometern leben. Riemen in Keilriemenregelgetriebe haben ein komplexes Arrangement.

Dies kann ein Stahlband mit einer Beschichtung oder eine Reihe von Stahlseilen (Bänder) mit einem komplexen Querschnitt sein, auf dem eine große Anzahl von dünnen trapezförmigen Querstahlplatten, deren Kanten mit Riemenscheiben in Kontakt kommen, aufgereiht sind. Übrigens ist es so gelungen, einen Schubriemen zu schaffen, der nicht nur auf seine Hälfte, die von der Abtriebsscheibe zur Antriebsscheibe läuft, sondern auch auf die gegenüberliegende Hälfte die Kraft überträgt. Ein gewöhnlicher Riemen würde sich einfach entwickeln, wenn er versucht, die Druckkraft zu übertragen, und ein komplexer Stahlriemen findet Steifigkeit.

Und auch als Keilriemen kann eine breite Stahlplattenkette dienen, die mit den Kegeln an ihren Rändern in Kontakt kommt. Es ist dieser “Riemen”, der in Umschlingungsgetriebe von Autos Audi funktioniert.

Interessanterweise wird eine spezielle Flüssigkeit zum Schmieren der Kette verwendet, die ihren Phasenzustand unter starkem Druck ändert, der an der Kontaktstelle mit der Riemenscheibe auftritt. Dadurch kann die Kette trotz der sehr kleinen Kontaktfläche erhebliche Kraft übertragen, ohne zu rutschen.

Wie genau das Umschlingungsgetriebe das Übersetzungsverhältnis bei der Beschleunigung ändert, hängt vom gewählten Steuerprogramm ab. Wenn wir mit einem gewöhnlichen Auto beschleunigen, drehen wir bei jedem Gang den Motor auf, dann gehen wir zum nächsten Gang und so weiter. Bei der Geschwindigkeitszunahme des Autos mit dem Umschlingungsgetriebe bleibt der Motor bei den gleichen Drehzahlen (sagen wir, bei den Drehzahlen, die dem maximalen Drehmoment entsprechen), aber das Übersetzungsverhältnis ändert sich reibungslos.

Dies erzeugt ein etwas seltsames Gefühl. Drücken Sie das Gas bis auf Anschlag, der Motor kommt zu großen Umdrehungen, und bleibt auf ihnen während der gesamten Beschleunigung, wie ein Staubsauger zu heulen. Aber das Tempo der Beschleunigung ist hoch, und die Zeit, um zwischen den Gängen zu wechseln, wird nicht verschwendet.

In einigen Fällen wird das Umschlingungsgetriebe jedoch so eingestellt, dass die Beschleunigung mit ihm eher einer Geschwindigkeitssteigerung mit einem herkömmlichen Getriebe ähnelt, wobei die Motordrehzahl schrittweise ansteigt.

Natürlich, wenn Sie versuchen, den Hügel zu fahren und das Auto zu verlangsamen, wird das intelligente Umschlingungsgetriebe hohen Gang “eingeschaltet” nicht verlassen, trotz des Drückens des Gaspedals. Die Riemenscheiben bewegen sich schnell zurück für einen sicheren Höhensturm — um das Drehmoment am Ausgang des Getriebes zu erhöhen.

Und bei einigen Autos können Sie einen Modus mit mehreren “virtuellen” Gängen (mit 6 oder sogar 8) wählen, die von der Elektronik eingestellt werden. Gänge, zwischen denen das Umschlingungsgetriebe wird scharf springen, wie ein klassisches Automatikgetriebe. In diesem Fall können Sie die “Gänge” nach Belieben umschalten. Wie bei einem Automatikgetriebe mit manuellem Sequenzmodus.

Somit hat das Umschlingungsgetriebe viele Vorteile. Aber es gibt auch Nachteile. Zum Beispiel, relativ klein, nach modernen Maßstäben, “verdaut” Motorleistung. Nicht umsonst begannen solche Getriebe ihren Umzug um die Welt mit Kleinwagen. Und jetzt sind leistungsstarke Autos immer wieder mit mechanischen Getrieben oder klassischen Automatikgetrieben oder Selbstschaltgetrieben ausgestattet.

Natürlich gibt es Fortschritte. Und da muss man sich an den Rekordmeister erinnern. Sagen wir, auf Audi A4 2.0 TFSI Keilriemenregelgetriebe Multitronic (mit Kette) bewältigt den Fluss in 200 “Pferde” ohne Probleme.

Man könnte argumentieren, dass die D Klasse nicht alles ist. Für Autos der Luxus und Business-Klasse, und noch mehr für einen großen SUV sind 200 Kräfte nicht mehr so groß nennen. Aber die Errungenschaften der modernsten Umschlingungsgetriebe sind nicht erschöpft. So wird das Keilriemenregelgetriebe X-Tronic beim Nissan Murano Crossover mit einem 3,5-Liter-V6 mit 234 PS eingebaut. Dies ist eines der größten und schwersten Modelle, die mit dem Umschlingungsgetriebe ausgestattet sind. Und was ist mit morgen?

Der zweite Nachteil der Umschlingungsgetriebe ist eine relativ teure Wartung und Reparatur, spezielle, und damit nicht billige, Getriebeflüssigkeit. Riemenscheibengetriebe können alle 100-150 Tausend Kilometer Laufleistung einen Riemenwechsel erfordern. Öl ist etwas teurer als für ein Automatikgetriebe, aber Sie können es ein wenig seltener wechseln — etwa durch 40-50 Tausend Kilometer für verschiedene Modelle von Autos.

Und doch werden Umschlingungsgetriebe immer mehr auf Autos verschiedener Klassen verteilt, außerdem sind sie in der Regel billiger als gute Automatikgetriebe des klassischen Typs.

Da die Umschlingungsgetriebe eine unendliche Anzahl von Gängen haben, erlauben sie dem Motor, auf den günstigsten Modi zu arbeiten – ob wir (bei Ampelrennen) die maximale Leistung, oder, im Gegenteil, die Gleichmäßigkeit und den geringsten Kraftstoffverbrauch (bei ruhiger Fahrt) benötigen. Daher zeichnen sich Modelle mit Umschlingungsgetriebe durch eine hohe Wirtschaftlichkeit aus, die mit einer nicht weniger anständigen Dynamik kombiniert wird.

Übrigens, der Trend zum Anstieg der Anzahl der Gänge bei klassischen Automatikgetrieben hat sich in letzter Zeit entwickelt. In den neuesten Modellen gibt es bereits 8-Gänge (beachten Sie, auf dem PKW). Und dies geschieht genau für die Kombination von hoher Dynamik und Wirtschaftlichkeit. Sehen wir bald Automatikgetriebe mit zehn Gängen oder sogar mit zwölf? Aber die Umschlingungsgetriebe sind bereits dort, wo herkömmliche Automatikgetriebe mit ihren schaltbaren Planetenreihen nie kommen werden. Immerhin ist die Anzahl der Gänge des Umschlingungsgetriebes unendlich.

Dies ist eine Übersetzung. Man kann den ursprünglichen Artikel hier lesen: https://www.drive.ru/technic/4efb330200f11713001e32e2.html