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Warum wird das Variogetriebe ignoriert?
Durch einen Beitrag von @DieselSeppel bezüglich des Toyota-eCVT-Getriebes
wurde ich auf dessen Prinzip und Vorgeschichte aufmerksam:
Das Variogetriebe, entsprechend Patent DE233529 vom 13.07.1973,
stammt von der Firma Xaver Fendt & Co. (Traktorenbau).
Prinzip "Variogetriebe":
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Prinzip-Variogetriebe.svg
Dieses Variogetriebe benötigt keine Kupplung,
nur 1 Planetensatz für "unendlich" viele Stufen vorwärts (und rückwärts)
ab Abtriebsdrehzahl Null
und ein Hydrostatisches Getriebe (= Hydropumpe und -motor)
als 2. Leistungsstrang mit Regelorgan.
(Im eCVT ersetzt Toyota das Hydrostatische Getriebe
durch eine E-Generator-Motor-Einheit für sein Hybridsystem.)
Das Variogetriebe erscheint mir günstiger und unproblematischer
als Wandler oder DSG.
Außerdem kann der Verbrennungsmotor meist in seinem Bestbereich betrieben werden,
wodurch auch noch Sprit gespart wird.
Warum wird das Variogetriebe bei den PKW-Herstellern (außer Toyota) ignoriert?
Wenn Audi statt des CVT ein Variogetriebe eingesetzt hätte,
wäre "Vorsprung durch Technik" gerechtfertigt gewesen! :D
WQ33
Beste Antwort im Thema
Hydropumpe und -Motor haben einen miserablen Wirkungsgrad. Zusätzlich das Gewicht und der Tank für die Hydraulikflüssigkeit. Das Toyota eCVT ist das gleiche auf elektrisch.
20 Antworten
Hydropumpe und -Motor haben einen miserablen Wirkungsgrad. Zusätzlich das Gewicht und der Tank für die Hydraulikflüssigkeit. Das Toyota eCVT ist das gleiche auf elektrisch.
Zitat:
@Zephyroth schrieb am 25. Mai 2019 um 11:34:52 Uhr:
Hydropumpe und -Motor haben einen miserablen Wirkungsgrad. Zusätzlich das Gewicht und der Tank für die Hydraulikflüssigkeit. Das Toyota eCVT ist das gleiche auf elektrisch.
Ich finde leider keine verbindlichen Angaben über die Wirkungsgrade
von hydrostatischen oder elektrischen Getrieben (Generator-Motor-Einheit, s. Toyota).
Über den "Regelzweig" des Variogetriebes wird aber im Durchschnitt
nur 50% der Gesamtleistung des Verbrennungsmotors übertragen.
Wenn dieses System nichts taugen würde, hätte Toyota das bestimmt nicht gemacht.
Vermutlich, weil die meisten pkw fahrer mit dem gleichbleibenden motorgeräusch beim beschleunigen nicht klar kommen...die sache mit dem schlechten wirkungsgrad klingt für mich eher unplausibel, warum sollte ihn dann eine firma wie toyota in einem sparmobil in kauf nehmen?
Vermutlich sind Variogetriebe durch die Komplexizität etwas teurer als die bewährten Getriebearten. Wenn der Autohändler dafür dann noch 1599€ mehr haben will, kauft es keiner, egal wie viel man im Betrieb nachher einsparen kann. Außerdem: was der Bauer nicht kennt, das frisst er nicht.
Zitat:
@Zephyroth schrieb am 25. Mai 2019 um 11:34:52 Uhr:
Hydropumpe und -Motor haben einen miserablen Wirkungsgrad.
...
Jepp, schön zu sehen z.B. bei den Liebherr X Power Radladern (Video (klick))... hydrostatischer Antrieb für langsames Fahren z.B. bei Ladespielen und ein konventioneller mechanischer Antrieb für schnelles Fahren über größere Distanzen.
Dabei ist das Gewicht bei einem Radlader ja eher zweitrangig bzw. ist der hydrostatische Antrieb ideal um das Gewicht dort zu platzieren, wo man es sowieso in der Form von Gegenballast benötigt. Außerdem umgeht man damit das Problem mit dem hohen Kupplungsverschleiß beim konventionellen Antrieb, wie er bei den Ladespielen anfallen würde.
Für das schnelle Fahren, wo der hydrostatische Antrieb vom Wirkungsgrad her Mist ist, ist extra ein mechanischer Antriebsstrang verbaut.
Das würde Liebherr mit Sicherheit so nicht bauen, wenn der hydrostatische Antrieb in "allen Lebenslagen" so ideal wäre...
Demnach ist das Variogetriebe für PKW nur mit einem "elektrischen Getriebe"
und dies wiederum nur in Verbindung mit "Hybrid" vertretbar (s. Toyota). :)
Damit können wir diesen Thread also beenden.
Bleiben wir also bei Wandlern und DSG.
Vielen Dank, WQ33
Moin
Zitat:
Warum wird das Variogetriebe bei den PKW-Herstellern (außer Toyota) ignoriert?
Im einfachsten Fall: Weil Fendt auf den hydraulischen und Toyota auf den elektrischen Leistungsverzweigten Strang das Patent hat.
Zitat:
Wenn Audi statt des CVT ein Variogetriebe eingesetzt hätte,
wäre "Vorsprung durch Technik" gerechtfertigt gewesen!
Das schon, aber dann wäre Audi ja nur noch Vorsprung durch bei Toyota gekauft. ;-) Die haben halt auf ihre Schubkette gesetzt.
Zitat:
Ich finde leider keine verbindlichen Angaben über die Wirkungsgrade
von hydrostatischen oder elektrischen Getrieben (Generator-Motor-Einheit, s. Toyota).
Über den "Regelzweig" des Variogetriebes wird aber im Durchschnitt
nur 50% der Gesamtleistung des Verbrennungsmotors übertragen.
Im Durchschnitt kann man so nicht sagen. Beim Hydrostat hat man (ALso nicht elektrisch) einen Wirkungsgrad von um 80%, schneller werdend abfallend, dafür über weiten bereich gleichbleibend. Wandler komme aus nem miserablen Bereich wenn sie langsam drehen, und werden dann immer besser, bis zu Wandlerbrückenkupplung, dann sind sie wie ein Schaltgetriebe.
Es kommt dann also beim Hydrostat und somit auch beim Vario darauf an was ich mit dem Getriebe mache. Fahre ich langsam, dann braucht man mehr den hydraulischen Part, fährt man schnell mehr den mechanischen.
Für das schnelle Fahren, wo der hydrostatische Antrieb vom Wirkungsgrad her Mist ist, ist extra ein mechanischer Antriebsstrang verbaut.
Zitat:
Jepp, schön zu sehen z.B. bei den Liebherr X Power Radladern (Video (klick))... hydrostatischer Antrieb für langsames Fahren z.B. bei Ladespielen und ein konventioneller mechanischer Antrieb für schnelles Fahren über größere Distanzen.
...
Das würde Liebherr mit Sicherheit so nicht bauen, wenn der hydrostatische Antrieb in "allen Lebenslagen" so ideal wäre...
Das ist genau der Grund. Ein Hydrostat drückt viel Öl durch zwei Motoren. (Pumpe und letztlich Antrieb) durch das verdichten wird es sehr warm. bei langsamen Fahren hält sich der Förderstrom noch in Grenzen, fahre ich aber schnell mit einem 30 Tonnen Radlader, dann kommen da echt Temperaturen zusammen. Beim Radlader ebenso wie beim Trecker kann ich da noch halbwegs mit einem großen Ölkühler gegensteuern (Gast schrieb es ja, das Gewicht ist bei denen ja eher gewollt als notwendiges Übel, im Gegensatz zu einem Auto). Dennoch haben Radlader wenn sie schneller als 20 kmh fahren sollen in aller Regel einen Wandler als Getriebe.
Warum dann beides wie beim Liebherr beschrieben? Wandler schalten halt doch. Und sie machen den Lader halt Drehzahlabhängig, was auch die Leistung der Hydraulikpumpen für den Frontlader mindert. Dann rucken sie teils auch noch wenn sie auskuppeln kurz vor Stop. Hydrostaten sind unabhängig von der Drehzahl, ich bestimme mit dem Fahrpedal wie schnell ich bin, nicht über die Drehzahl. So bleibt dann aber die volle geforderte Leistung für die Hydraulikpumpe des Frontladers.
Darum wird vermutlich, hab das Video nicht gesehen, unter 20 kmh hydraulisch gefahren und dann mit nem Wandler alles weitere geregelt.
Warum dort kein Vario drin sitzt, welcher letztlich das gleiche kann? Vermutlich siehe oben, Markenrechte. Und da das Gewicht doch eh beim Radlader noch mehr gebraucht wird als beim Trecker, baut man es halt so.
Und dann ist da Toyota und Lexus und Honda und so weiter. Die bauen das elektrisch. Zum einen ist der Wirkungsgrad eines eCVT höher als der hydraulische. Braucht man also keinen extra großen Kühler etc. Statt Tank, was hier angesprochen wurde, braucht ein eCVT um gut zu funktionieren einen AKKU, der auch nicht kleiner ist.
Im Gegensatz zum Trecker aber braucht ein PKW eher selten seine Nennleistung.
Ein Vario ist für Zugaufgaben. Mit som bischen Autofahren gibt sich so ein System nicht ab. Die Leistung die ein Auto für Tempo 100 braucht nimmt sich ein Vario schon alleine um die Kraft auf die Räder zu bekommen. Ein Trecker soll im Bestpunkt betrieben werden, er ist ein DIesel also ist das eh nicht schwer. Hin und wieder muß er Drehzahlstabil betrieben werden, in den meisten Fällen aber wird ein Trecker mit 200 PS auch in diesem Bereich genutzt, also so um die 150 PS. Wird er das nicht war es ein Fehlkauf und das Varioprinzip kann gar nicht sparen, dann ist ein Schalter besser.
Um das zu verdeutlichen, PKW fahren nur selten mit Nenndrehzahl. Trecker hingegen recht häufig. Wenn ein Fendt Vario mit 50 oder 60 kmh fährt, dann dreht der Motor, welcher seine volle Lesitung bei 2000 Umdrehungen macht, mit um 1600-1700 Umdrehungen, halt im Bestpunkt des Drehmomentes und Verbrauch. Wer fährt mit seinem auch nur 120 PS Wagen dauerhaft mit 4000 Umdrehungen, wenn dieser im Vergleich Nennleistung bei 6000 Umdrehungen hat?
Ein PKW hingegen wird mit 200 PS gekauft und meist nur im Bereich von 40 PS betrieben. Da hat ein CVT eine ganz andere aufgabe. Da würde ein Vario nur Öl warm kochen. Der Hybrid im PKW wird meist auch mit einem Benziner gepaart, was das Drehzahlband einschränkt. Um ihn dann dannoch immer optimal zu belasten wird mal mehr Energie erzeugt als nötig, und im Akku gespeichert, und mal weniger als nötig, der Akku hilft beim Antrieb. Und dazwischen spielt er mit der Drehzahl.
Das kann und braucht ein Trecker mit dem Vario gar nicht erst.
Warum die Menschen es dennoch nicht mögen?
Im Prius glauben die Menschen langsamer zu beschleunigen als im Schalter egal welcher Bauart. (DSG/Wanlder/Hand)bei gleicher Leistung. Meist ist dem nicht so, oder der Prius ist sogar schneller im direkten Vergleich. Das liegt dann am nicht steigenden Motorgeräusch, beim P2 steigt die Drehzahl bis gut 40 kmh, dann verharrt er bei 5000 Umdrehungen bis man 170 zu fassen hat, und daran das ab 40 kmh die Beschleunigung kontinuirliech abnimmt. Es liegt halt die volle Leistung an, ab jetzt steigen nur die Fahrwiderstände bis 170. Man fühlt sich so als würde der Wagen langsamer weden trotz beschleunigen.
Bei den Schaltern schwellt die Motorleistung immer auf und ab, bei jedem Schalten. Das es insgesammt auch langsamer schneller wird merkt man nicht weil man ja fröhlich bis zu 8 mal nickt.
Und zu letzt: Das System im PKW ist nicht deutsch. Und was nicht in einem deutschen Auto steckt kann nicht gut sein, so der Tenor aller "Fachmagazine" die Auto im Titel haben. Nur Audi, VW, Mercedes, BMW und Porsche bauen sparsame und saubere Autos die funktionieren. Gibt noch ein paar Marken mehr.
Hybrid wurde über all die Jahre aktiv schlecht gemacht, da es angeblich nichts sparte und noch weniger taugte, zudem ständig kaputt geht. Komisch, Toyota ist für seine Ausfallsicherheit beim Hybridstrang und Motor bekannt. Wie war das noch mit dem VW DSG oder den Steuerketten oder....
Moin
Björn
das im Video von Liebherr gezeigte Getriebe ist als CP bei ZF (ergopower) entwickelt worden. Es wurde der Wandler durch die Kombination Ölpumpe und Ölmotor beide mit variablem Hub ersetzt.
Besonders im Bereich Radlader mit dem "Y-Zyklus" ist der Kraftstoffverbrauch um ca. 30% reduziert. Der Wandler braucht Drehzahl für die Drehmomentüberhöhung und wandelt dabei sehr viel mechanische Arbeit in Wärme um.
Zeitsprung in die vergangenheit:
Am Anfang war das Daffodil - je ein Trapezriemen rechts und links in der Antriebsachse. Und insgesamt 4 "Variatorscheiben" Der Zugriemen war der begrenzende Faktor.
Dann kam die Schubgliederkette vom u.a. Audi Getriebe.
Da es prinzipbedingt über Reibung geht ist das Moment und damit die Leistung begrenzt.
Moin
Ja, nach dem was ich nun im Video sehe und im Text lese ist es tatsächlich einfach nur eine Abart des Varioantriebes von Fendt.
Der Vorteil dabei ist ja noch das ich durch versperren der Ölpumpen komplett zu 100% auf einen reinen Zahnradantrieb im Getriebe umschalten kann, wodurch der Antrieb sehr effiezient wird. Das kann der Prius genau nicht, er benötigt immer Strom, egal ob der zweite E-Motor antreiben soll, oder stehen bleiben soll um den Motor voll auf die Räder zu lenken.
Schubgliederketten oder eben die Variomatiken in Mähdreschern (Reine Riemenantriebe wie bei den 50er Rollern) lenken halt immer ihre Energie über den Verlustbehafteten Antrieb. Vario halt immer nur einen Teil. Das ist der Vorteil der Leistungsverzweigung, man nutzt den verlustreicheren Antrieb immer nur wenn es auch SInn macht, danach nutzt man wieder den wirkungsgradstärkeren mechanischen.
Moin
Björn
Zitat:
@WQ33 schrieb am 25. Mai 2019 um 12:25:16 Uhr:
Ich finde leider keine verbindlichen Angaben über die Wirkungsgrade
von hydrostatischen oder elektrischen Getrieben (Generator-Motor-Einheit, s. Toyota).
Der Wirkungsgrad der Hydraulik ist je nach verwendeten Komponenten über einen weiten Bereich verstreut. Von ~40% bis rauf zu 85% ist alles möglich. Leider weis ich nicht genau, welche Komponenten in Traktoren zum Einsatz kommen, bzw. welche beispielsweise für einen PKW geeignet wären.
Bei einem Besuch bei der Firma Prinoth (stellt Pistengeräte her) habe ich das Thema angesprochen. Ihr Top-Modell (Prinoth Leitwolf) fuhr damals mit einem 450PS-Diesel (heute sind sie bei 530PS) mit einem vollhydraulischen Antrieb. Sprich der Diesel treibt eine große Pumpe, zwei Hyrdraulikmotoren treiben die Räder an.
Laut Auskunft eines Entwicklers hat man sich für die hydraulische Lösung entschieden, obwohl diese der elektrischen bei weitem unterlegen ist, was Wirkungsgrad angeht (er sprach von ca. 40% Verlusten), aber die Pumpe und die Motoren sind klein und einfache in der Pistenraupe unterzubringen. Die elektrische Lösung wäre deutlich größer und schwerer. Vorallem ist die hydraulische Lösung sehr mechanisch, die elektrische benötigt 3 Wechselrichter.
Grüße,
Zeph
Vor allem kann man mit den Hydrauliksystemen auch sehr große Kräfte und Momente übertragen und das sehr gut dosierbar. Ich könnte mir auch vorstellen, das die Hydraulik robuster gegen Dreck ist.
Ist halt die Frage, wo die Prioritäten liegen, das muss nicht unbedingt die optimale effizienz sein.
Robuster bestimmt. Die Umgebung einer Pistenraupe (Schnee, Eis, Nässe) ist alles andere als optimal für Strom. Um diese Leistungen (durchaus dauerhaft zu übertragen) muß man mit Spannungen jenseits der 600V arbeiten. Ich kann mir vorstellen, das dies gerade in einer Pistenraupe zum Problem wird (klar gibt's Lösungen, die riesigen Schaufelradbagger fahren auch mit Strom, allerdings dann 15.000V). Für eine Firma die sehr mechanik-affin ist (und weniger mit Strom zu tun hat), ist die Hydraulik sicher der einfachere Weg.
Grüße,
Zeph
Moin
Robuster glaube ich kaum. Schaut man sich die Muldenkipper in Bergwerksminen an, so fahren sie quasie alle mit E-Motoren. Leistungen bis 3000kW sind da locker möglich bei gut 400 Tonnen Gewicht, und fahren tun sich die DInger angenehm wie ein Auto. Und das es dort sauber zu geht ist wohl jedem klar das dem nicht so ist.
Zephs Antwort ist da wohl eher die passende, wenn man sich mit elektrik nicht auskennt baut man halt weiter auf Hydraulik und versucht es als positiv zu bewerten.
Eisenbahnen mit Dieselmotoren fahren seit Jahrzehnten Diesel-Elektrisch, einfach weil es so einfach ist und deutlich weniger Verluste hat.
Vor Strom zuckt immer erstmal jeder zurück. Aber wenn man es nicht ganz dumm anstellt ist es nicht unsicherr als Hydraulik. Mal im Ernst, in der Nähe einer platzenden 800 bar Leitung möchte ich auch nicht unbedingt sein. Von den Folgen wenn die 400 Liter versehentlich aufgrund Leck auslaufen brauchen wir gar nicht erst anzufangen.
Moin
Björn
Zum einen die meine ich eben, das der Strom die große Unbekannte ist (während Hydraulik bei Pistenraupen schon immer da war) und zum anderen die unglaubliche Leistungsdichte, die hydraulische Maschinen zusammenbringen...
Eindrucksvoll habe ich das bei einem Kohlekraftwerk für die Speisewasserpumpe gesehen. Für das Hochfahren muß diese von einem E-Motor gespeist werden (danach wird auf eine kleine Hilfsturbine umgeschaltet). Da standen die beiden Maschinen direkt nebeneinander. Der E-Motor hatte 10.500kW, die Pumpe eine Leistungsaufnahme von 9.800kW (dazwischen war ein Getriebe, wo der E-Motor für die Schmierung allein schon 15kW hatte). Während der E-Motor etwa 2.5m lang, 1.80m hoch und breit war, war die Pumpe mit etwa 1m Länge und einem Durchmesser von 70cm deutlich kleiner.
Und auch hier, beim Pistengerät: Der Verbrenner war ein LKW-V6 mit entsprechender Größe. Die Hydraulikpumpe selbst wirkte an der Getriebeglocke winzig. Sah aus wie ein besserer Starter. Die beiden Traktionsmotoren waren nochmal etwas kleiner. Nur armdicken Hydraulikschläuche (180Bar) deuteten auf die Leistung hin, die da werkt.
Grüße,
Zeph