Funktionsweise stufenloser Antrieb
Hallo, ich beschäftige mich gerade etwas mit Fahrantrieben. So das normale Getriebe in Kfz kennt ja jeder. Da wird mit Zahnrädern unterschiedlicher Größe bzw. durch die Zahnanzahl das gewünschte Übersetzungsverhältnis erreicht.
Aber wie funktionieren stufenlose Antriebe? Kann mir das mal jemand halbwegs verständlich erklären? Zum Beispiel mein Rasentraktor, der hat nur ein Pedal. Drücke ich das nach vorne fährt er vorwärts. Je weiter ich nach vorn drücke, desto schneller fährt er. Drücke ich das Pedal nach hinten, fährt er entsprechend rückwärts. Keine Kupplung, keine Schaltvorgänge. Habe irgendwo gelesen, dass sich das Hydrostat nennt? Aber wie funktioniert das?
Ein Beispiel welches ein paar Nummern größer wäre, ist beispielsweise der Vario Antrieb von Fendt. Der treibt die Traktoren auch stufenlos an. Verstehe ich genauso wenig ^^
40 Antworten
Man kann solche Ventile auch etwas komplexer bauen als nur 3 Löcher die nur Voll/zu kennen, man kann am pedalhebel auch noch eine mechanismus anbringen der die Hydraulikförderleistung reguliert ... wie das gerade beim Rasentracktor des TE ist weiß ich natürlich nicht.
Paar Tipps für die google Suche.
Es gibt per se ein paar verschiedene grundlegende Ansätze für einen stufenlosen Antrieb.
Als erstes die klassischen stufenlosen Getriebe, statt Gänge hat es hier eine Mechanik die das Übersetzungsverhältnis stufenlos verstellen kann. Beispiel sind da Getriebe mit Schubliederbändern die in verstellbaren kegelförmigen Laufrädern laufen. Über die Verstellung der Kegel ändert sich der wirksame Durchmesser der Antriebs- und Abtriebsseite, ähnlich wie bei einer Kettenschaltung am Fahrrad, nur eben stufenlos.
Mittlerweile gängig ist auch das Thema Elektromotor. Der kann halt per se aus dem Stillstand stufenlos antreiben. Unabhängig von der Frage wo der Strom herkommt. Rein E, Range-Extender oder serieller Hybrid. Antriebsseitig hat es hier halt nur den E-Motor.
Bei kleinen Baumaschinen, Rasentraktoren etc. hat es dann öfter den stufenlosen hydraulischen (direkten) Antrieb. Hydraulikmotor, Taumelscheibe, ... Im Grunde ist das auch eine Art des seriellen Hybrids, nur dass die Energie zwischen Generator und Motor nicht elektrisch sondern hydraulisch übertragen wird. Hat gerade beim Rasentraktor einen weiteren Vorteil, der Verbrennungsmotor treibt mit konstant hoher Drehzahl direkt das Mähwerk an, dass muss für ordentliches Mähergebnis unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit auf Drehzahl bleiben. Der Wirkungsgrad ist da wirtschaftlich weniger wichtig.
Da aber Energiewandlungen immer mit Verluste einhergehen nutzt man in vielen Anwendungen den sogenannten leistungsverzweigten Antrieb. Meist mit zwei Planetensätzen oder einem kombinierten. Ziel ist hier einen möglichst großen Teil der Antriebsleistung mit hohem Wirkungsgrad direkt mechanisch zu übertragen und nur den Teil zur Drehzahlregulierung über einen reglulierbaren hydraulischen oder elektrischen Zweig zu übertragen. Das ist der übliche Antrieb im Traktor. Oder beim Toyota Hybrid die das altbekannte Grundprinzip gut in den PKW adaptiert haben. Beim Traktor dann mit hydraulischem Regelzweig, beim Hybrid im PKW elektrisch.
Eingeschränkt macht eine Kupplung oder ein Wandler auch einen stufenlosen Antrieb. Aus dem Stillstand bis zur geschlossenen Kupplung hat man ja letztlich auch ein stufenloses Übersetzungsverhältnis ganz einfach über den Schlupf der Kupplung.
Zitat:
@Moers75 schrieb am 12. September 2023 um 12:29:50 Uhr:
Mittlerweile gängig ist auch das Thema Elektromotor. Der kann halt per se aus dem Stillstand stufenlos antreiben.
Kannst Du den auch so kompromisslos schnell in der Laufrichtung umstellen?
Zitat:
@Astradruide schrieb am 12. September 2023 um 14:34:54 Uhr:
Zitat:
@Moers75 schrieb am 12. September 2023 um 12:29:50 Uhr:
Mittlerweile gängig ist auch das Thema Elektromotor. Der kann halt per se aus dem Stillstand stufenlos antreiben.Kannst Du den auch so kompromisslos schnell in der Laufrichtung umstellen?
Schneller als bei meinem ehemaligen DSG im Golf 6 geht es allemal.....auch per Handschaltung beim ehemaligen Yeti müsste man den Hebel schon sehr schnell durchreißen, um ähnlich schnell zu sein.
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Der Vergleich sollte hier wohl kein Schaltstufengetriebe sein!
Ich hab' mal einen Test gemacht, mit kleinen Brushless DC Motoren (das sind die selben Dinger, wie im Auto), die Leerlaufdrehzahl lag bei 35.000U/min. Aus dieser vollen Drehzahl heraus, hab' ich die Laufrichtung umgeschaltet. Innerhalb von 7 Umdrehungen (konnte ich am Encoder sehen) hat dieser Motor nicht nur abgebremst, sondern wieder 35.000U/min in die andere Richtung erreicht! Das zeigt, wie dynamisch E-Motoren sein können. Natürlich nicht, wenn 2 t Auto dran hängen. Aber prinzipiell kannst du von 100% Drehmoment Vorwärts innerhalb weniger Millisekunden umschalten auf 100% Drehmoment Rückwärts.
Grüße,
Zeph
Zitat:
@Astradruide schrieb am 13. September 2023 um 11:17:02 Uhr:
Der Vergleich sollte hier wohl kein Schaltstufengetriebe sein!
Welches dann?
Wie schnell sollte es beim Pkw denn gehen?
Irgendwelche Fz die eine geringere Masse haben und zudem nur eine geringe Geschindigkeit, können eventuell durch brachiale Umschaltungen schneller von Vorwärts auf rückwärts kommen. Bei deutlich schnelleren und massereicheren Fz, wird so eine Aktion allerdings dazu führen, dass die Lebensdauer sehr veringert wird.
Ich kann stark bremsen, noch in der Vorwärtsbewegung auf R gehen und habe umgehend beim Berühren des Gaspedals (noch in der letzten Vorwärtsbewegung) Kraft in die rückwärtige Richtung zur Verfügung.
Wie und warum sollte das noch irgendwie schneller gehen?
Zitat:
@navec schrieb am 13. September 2023 um 16:02:45 Uhr:
Zitat:
@Astradruide schrieb am 13. September 2023 um 11:17:02 Uhr:
Der Vergleich sollte hier wohl kein Schaltstufengetriebe sein!Welches dann?
Wirf einen Blick auf den Thementitel.
Zitat:
@Astradruide schrieb am 14. September 2023 um 10:17:31 Uhr:
Zitat:
@navec schrieb am 13. September 2023 um 16:02:45 Uhr:
Welches dann?
Wirf einen Blick auf den Thementitel.
Dann werden doch endlich mal konkret:
Welches stufenlose Getriebe in Pkw schaltet denn super schnell zwischen rückwärts und vorwärts?
Zitat:
@navec schrieb am 14. September 2023 um 18:28:50 Uhr:
Welches stufenlose Getriebe in Pkw schaltet denn super schnell zwischen rückwärts und vorwärts?
Man fragt sich (bzw ich die ganze Zeit schon) wozu??? Fahrtechnisch null Sinn und nur materialmordend- mehr nicht.
@navec die Frage hat der TE mit dem Topic eher Allgemein gestellt und in seinem Topic dafür das Beispiel eines Rasentraktors angeführt. Auchhabe ich nicht gesagt das es gehen muß, sondern gefragt ob es mit einem E-motor genausochnell umgekehrtw erden kann.
Auf meine *Frage* kamm dann die Elektrofraggelantwort von @Zephyroth 😉 😁 ... ob das dann noch bei größeren lasten wie ien Rasentrekker oder gar PKW geht ist aber unklar.
![Avatar von Go}][{esZorN](https://img.motor-talk.de/media/user/goeszorn-u4959/0_original.gif){kind=avatar}
Der Motor kann theoretisch schnell andersrum, muss aber erstmal gegen die Masse anarbeiten.
Zitat:
@Astradruide schrieb am 14. September 2023 um 20:22:11 Uhr:
Auf meine *Frage* kamm dann die Elektrofraggelantwort von @Zephyroth 😉 😁 ... ob das dann noch bei größeren lasten wie ien Rasentrekker oder gar PKW geht ist aber unklar.
Elektrofraggle... gefällt mir 😁. Passt irgendwie...
Ohne jetzt seitenweise die Theorie von E-Maschinen auszubreiten, vielleicht beantwortet das deine Frage:
"Wie lange braucht ein E-Auto um von voller Beschleunigung auf volle Rekuperation zu schalten?"
Antwort: Geht quasi instant, ohne Zeitverlust und technisch wäre eine genauso große Rekuperationsleistung wie Antriebsleistung möglich, wird aber aus verschiedensten Gründen nicht durchgeführt. Erst mit dem OPD geht man etwas mehr in die Richtung.
Der E-Motor bietet dir eben im Gegensatz zum Verbrennerantrieb die Möglichkeit auch als Generator zu arbeiten. Daraus ergeben sich dann eben 4 Arbeitsbereiche (auch Quadranten genannt):
Drehrichtung vorwärts, Drehmoment vorwärts --> Motorbetrieb
Drehrichtung vorwärts, Drehmoment rückwärts --> Generatorbetrieb
Drehrichtung rückwärts, Drehmoment rückwärts --> Motorbetrieb
Drehrichtung rückwärts, Drehmoment vorwärts --> Generatorbetrieb
Das kann der Verbrenner nicht. Der Hydrostat könnte es, bringt aber nix wenn dahinter wieder ein Verbrenner hängt.
Grüße,
Zeph
Die Frage war doch, wie stufenlose Antriebe funktionieren. Die Drehrichtungsumkehr ist dabei praktisch ein Zusatz.
Beim hydrostatischen Antrieb erfolgt die stufenlose Geschwindigkeit durch Änderung der Durchflussmenge und manchmal auch durch das Zu- und Abschalten einer Achse (bei Allrad).
Die Drehrichtungsumkehr hat damit direkt nichts zu tun. Die kann durch ein Zusatzventil realisiert werden und dieses kann durch den Bediener durchaus mit dem selben Hebel betätigt werden, der auch für die stufenlose Einstellung zuständig ist.(anscheinend, wie bei dem genannten Rasentraktor)
Wer schon mal ein kleineres Verbrenner-Motorboot gefahren ist, kennt das prinzipiell (das hat meist ebenfalls nur einen Hebel für Geschwindigkeit und Drehrichtungsumkehr) und dort handelt es sich zudem um einen stufenlosen Antrieb. Auch dort hat die Drehrichtungsumkehr mit der Stufenlosigkeit nicht direkt zu tun, wird halt manchmal mit nur einem Bedienelement realisiert.
Hydraulische und mechanische Stufenlose Antriebe (z.b. multitronic o.ä.) benötigen für die Drehrichtungsumkehr immer mechanische Aktoren und die sind i.d.R. nicht so schnell, wie die elektronisch gesteuerte Drehrichtungsumkehr, eines Drehstrommotors.
@Zephyroth im wesentlich war mir klar was Du geschrieben hast, auch zur Rekuperationszeit. Die Frage zielt mehr in Richtung Wellenlasst wenn quasi instant das DrehMo umgekehrt wird. Da mögen die Welle und Lagerung eines kleinen DC-Motors ja noch in einem ganz anderem Verhältnis legen. Was ist nun mit einem großen xx-KW-Trümmer?
Das letzte mal das ich mit E-motoren von einigen 100 bis 1000kW was zu tun hatte war im vorigen Jahrtausend. Wenn wir da "umkehren" mußten gab es immer eine Gedenksekunde ... die Motoröchen hatten teils auch Kleinwagengewicht.
KFZ-Antriebe sind da ja heute wesentlich kleiner gebaut und noch ein Getriebe drin.