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Kraftübertragung
 

Multitronic - CVT Getriebe

Getriebereparatur GSR Getriebereparatur GSR

Probleme mit der Multitronic®,  Automatikgetriebe oder Schaltgetriebe defekt  -

GSR hilft schnell bei defekten Getrieben aller Art.

Der Name multitronic® steht für das von Audi und Luk entwickelte stufenlose Automatikgetriebe CVT-Getriebe. 

Von Luk stammen die Scheibensätze, die Laschenkette und die Hydraulik.

Multitronic

Das wegweisende stufenlose Multitronic Getriebe für den Audi

Stufenlose Automatikgetriebe werden auch CVT-Getriebe genannt. CVT steht für Continously Variable Transmission, was übersetzt  kontinuierliche variable Übersetzung heißt. Das von Audi weiterentwickelte CVT-Konzept basiert auf dem seit langem bekannten Prinzip der „Umschlingungsgetriebe". Bei diesem Prinzip kann mit Hilfe eines so genannten „Variators" das Übersetzungsverhältnis zwischen der kürzesten und der längsten Übersetzung stufenlos geregelt werden.

Variator mit Laschenkette 

Der Variator mit der Laschenkette

Getriebe werden benötigt, um die Drehmomentcharakteristik von Verbrennungsmotoren auf das Fahrzeug abzustimmen. Es kommen im Wesentlichen Stufengetriebe wie Handschaltgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe und Stufenautomatikgetriebe zum Einsatz. Dabei ist ein Stufengetriebe immer ein Kompromiss zwischen Fahrdynamik, Verbrauch und Fahrkomfort. Das Drehmoment eines Verbrennungsmotors entfaltet sich nicht in Stufen, sondern kontinuierlich. Deshalb ist zur optimalen Leistungsnutzung der Kraftübertragung eine stufenlose Übersetzung am besten geeignet.

Die bisher auf dem Markt befindlichen CVT-Konzepte arbeiten ebenfalls nach dem „Umschlingungsprinzip". Sie sind aber aufgrund ihrer begrenzten Leistungsübertragung nur für Kleinwagen und Fahrzeuge der unteren Mittelklasse mit geringer Motorleistung geeignet. Gemäß unabhängiger Tests können sie in Bezug auf Fahrleistung noch nicht überzeugen.

Ziel von Audi war es, ein CVT-Getriebe zu entwickeln, das bei stark motorisierten Fahrzeugen der Oberklasse nicht nur hinsichtlich Fahrleistung und Verbrauch, sondern auch durch Fahrdynamik und Komfort überzeugt sowie neue Maßstäbe setzt. Audi stellte als erster Fahrzeughersteller ein CVT-Getriebe vor, welches im Leistungsbereich bis 200 PS und 300 Nm mit dem 2,8-l-V6- Motor zum Einsatz kam.

alle Bilder: AUDI

Grundprinzip

Das Kernstück der multitronic® ist der Variator

Mit Hilfe des Variators werden die Übersetzungsverhältnisse zwischen der Anfahr- und Endübersetzung stufenlos verändert. Es steht somit immer eine passende Übersetzung zur Verfügung. Der Motor kann, ob leistungs- oder verbrauchsorientiert, immer im jeweils optimalen Betriebsbereich arbeiten.

Der Variator besteht aus zwei Kegelscheibenpaaren, dem Primärscheibensatz (Scheibensatz 1) und dem Sekundärscheibensatz (Scheibensatz 2) sowie einer speziellen Kette (Laschenkette), welche im Keilspalt der beiden Kegelscheibenpaare läuft („umschlingt"). Die Kette dient dabei als Kraftübertragungselement. Der Scheibensatz 1 wird über eine Vorgelegestufe vom Motor angetrieben. Das Motormoment wird über die Kette auf den Scheibensatz 2 übertragen und von dort in den Achsantrieb geleitet. Jeweils eine Kegelscheibe eines Scheibensatzes ist auf der Welle verschiebbar, wodurch die Laufdurchmesser der Kette und somit die Übersetzung stufenlos verstellt werden kann. Die beiden Scheibensätze müssen gleichzeitig so verstellt werden, dass die Kette immer gespannt und die zur Kraftübertragung notwendige Anpresskraft der Scheiben sichergestellt ist.

multitronic® für höchsten Komfort

Im Automatikbetrieb ist jede innerhalb vom Regelkennfeld liegende Übersetzung möglich. Bestimmend für das Drehzahlniveau ist der Fahrerwunsch (Stellung und Betätigungsgeschwindigkeit des Fahrpedals) sowie der Fahrwiderstand. Die Übersetzungsänderungen erfolgen völlig ruckfrei und ohne Zugkraftunterbrechung.

In der Tiptronic-Funktion stehen 6 definierte Schaltkennlinien zur manuellen Gangwahl zur Verfügung. Dadurch hat der Fahrer die Möglichkeit seine persönlichen Wünsche in Bezug auf die Fahrdynamik selbst „in die Hand zu nehmen". Besonders sinnvoll kann dies z. B. bei Bergabfahrt sein, da der Fahrer durch gezieltes Rückschalten die Motorbremswirkung individuell bestimmen kann. Die Höchstgeschwindigkeit wird im 5. Gang erreicht. Der 6. Gang ist als so genannter „E-Gang" oder „Overdrive" ausgelegt. Optional ist die Tiptronic vom Lenkrad aus zu bedienen. Dies sorgt auch in der Tiptronic-Funktion für höchsten Bedienkomfort. Im manuellen Modus lassen sich je nach Motor und Fahrzeug bis zu 7 "Gänge" definieren.

Übersetzungsdiagramm multitronic®  im Audi A6 2,8-l-V6 mit 142 kW

 

 

Durch die Antriebsdrehzahl-Regelung wird die Motorleistung auf maximalem Niveau gehalten. Dabei erfolgt die Beschleunigung ohne Zugkraftunterbrechung. Das Ergebnis ist einoptimales Beschleunigungsverhalten.

Durch die lange Übersetzung ist bei ökonomischer Fahrweise eine erhebliche Drehzahlreduzierung möglich. Im Vergleich zum 5-Gang-Schaltgetriebe wird beispielsweise bei 130 km/h die Motordrehzahl von ca. 3200 1/min auf ca. 2450 1/min reduziert und somit der Kraftstoffverbrauch verringert. Durch die stufenlose Übersetzungsänderung kann der Motor, ob leistungs- oder verbrauchsorientiert, immer im jeweils optimalen Betriebsbereich arbeiten. 

Übersetzungsvergleich: 5-Gang-Handschaltgetriebe 01W  / multitronic® 01J 

Das Motordrehmoment wird entsprechend der Motorisierung über eine Schwungrad-Dämpfereinheit oder ein Zweimassen- Schwungrad ins Getriebe eingeleitet. Als Anfahrkupplung dient jeweils eine „nasse" Lamellenkupplung für Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt. Mittels eines Planetenradsatzes wird die Drehrichtungsänderung beim Rückwärtsfahren erzeugt. Über eine Vorgelegestufe wird das Motormoment auf den Variator übertragen und von dort auf den Achsantrieb weitergeleitet. Als Innovation ist hier die Drehmomentübertragung mittels einer Laschenkette hervorzuheben Die elektro-hydraulische Steuerung bildet zusammen mit dem Getriebesteuergerät eine Einheit und ist im Getriebegehäuse untergebracht.  

 

Multitronic Getriebe

das komplette Getriebe als Schema

Die Laschenkette

Eine Schlüsselposition im Variator der multitronic® nimmt die Laschenette ein. Erstmals kommt bei einem CVT-Getriebe eine Kette als „Umschlingungsmittel" zum Einsatz. Die Kette ist eine Neuentwicklung und weist gegenüber den bisher bekannten „Umschlingungsmitteln" wie Schubgliederband oder Keilriemen folgende Vorteile auf:

  • Sehr kleine Laufradien ermöglichen eine große „Spreizung" trotz geringer Baugröße des Variators.

  • Großes übertragbares Drehmoment

  • Hoher Wirkungsgrad

Laschenkette 

Die Laschenkette

Aufbau und Funktion

Bei einer herkömmlichen Kette sind die Kettenlaschen über den Gelenkbolzen beweglich miteinander verbunden. Zur Drehmomentübertragung greift ein Zahnrad zwischen den Laschen auf die Bolzen. 

Anders die Technik bei der Laschenkette.

Die CVT-Kette besteht aus den nebeneinander gereihten Kettenlaschen, die mit jeweils zwei Wiegedruckstücken endlos verbunden sind. Bei der Laschenkette werden die seitlich überstehenden Wiegedruckstücke zwischen den Kegelscheiben des Variators „eingeklemmt", indem die Kegelscheiben gegeneinander gedrückt werden.

Das Drehmoment wird nur durch die Reibkraft zwischen Stirnfläche der Wiegedruckstücke zu den Anlageflächen der Kegelscheiben übertragen.

So funktioniert es:

Die Wiegedruckstücke sind jeweils mit einer Laschenreihe verdrehfest verbunden. Zwei Wiegedruckstücke bilden ein so genanntes Wiegegelenk. Die Technik besteht nun darin, dass sich beim „Umschlingen" der Kette in den Laufradius der Kegelscheiben die Wiegedruckstücke aneinander abwälzen und somit fast reibungsfrei abrollen. Auf diese Weise können trotz hoher Drehmomente und großer Beugewinkel Verlustleistung und Verschleiß auf ein Minimum reduziert werden. Dies führt zu langer Lebensdauer und optimalem Wirkungsgrad.

Anpressung

Zur Übertragung der Drehmomente sind hohe Anpresskräfte zwischen Kegelscheiben und Kette gefordert. Die Anpresskraft wird über einen entsprechenden Öldruck im Anpresszylinder realisiert. Dem Gesetz der Hydraulik zufolge kann eine resultierende Kraft (Anpresskraft) über Druck und Wirkfläche variiert werden. Die Anpresszylinder haben eine größere Fläche und benötigen somit einen geringeren Öldruck zur Anpressung. Der relativ niedrige Öldruck beeinflusst den Wirkungsgrad ebenfalls positiv.

 

Elektronische Regelung

Zur Kupplungsregelung werden folgende Parameter herangezogen:

  • Motordrehzahl

  • Getriebeeingangsdrehzahl

  • Fahrpedalstellung

  • Motormoment

  • Bremse betätigt

  • Getriebeöltemperatur

Das Getriebesteuergerät berechnet daraus den Kupplungs-Solldruck und ermittelt einen entsprechenden Steuerstrom für das Druckregelventil. Nahezu proportional zum Steuerstrom verändert sich der Kupplungsdruck und somit das von der Kupplung zu übertragende Motormoment. Der Geber für den Hydraulikdruck erfasst den Kupplungsdruck (Kupplungs-Istdruck) in der hydraulischen Steuerung. Der Kupplungs-Istdruck wird ständig mit dem vom Getriebesteuergerät errechneten Kupplungs-Solldruck verglichen. Dabei werden Ist- und Solldruck kontinuierlich auf Plausibilität geprüft und bei entsprechender Abweichung Maßnahmen eingeleitet. Um ein Überhitzen der Kupplung zu vermeiden, wird sie gekühlt und die Kupplungstemperatur vom Getriebesteuergerät überwacht.

Die Kupplungsregelung im Stand (Creep-Regelung)

Die Funktion der Creep-Regelung bewirkt, dass bei Motorleerlauf und eingelegter Fahrstufe ein definiertes Schleifmoment an der Kupplung (Kupplungsmoment) eingeregelt wird. Das Fahrzeug verhält sich so, wie man es von einem Automatikgetriebe mit Drehmomentwandler gewohnt ist. Die Creep-Regelung ermöglicht Rangiervorgänge (beim Einparken) ohne Betätigung des Fahrpedals und erhöht so den Fahrkomfort.

Durch gezieltes Anpassen des Kupplungsdruckes resultiert ein Antriebsmoment, das zum „Kriechen" des Fahrzeugs führt. Das Antriebsmoment wird in Abhängigkeit des Fahrzustandes und der Fahrzeuggeschwindigkeit in definierten Grenzen variiert.

Creep Regelung 

Die Creepregelung

Übersetzungssteuerung

Zur Berechnung der Soll-Antriebsdrehzahl verfügt das Steuergerät der multitronic® über ein dynamisches Regelprogramm (DRP). Es handelt sich dabei um eine Weiterentwicklung des von den Stufenautomaten bekannten dynamischen Schaltprogrammes (DSP). So werden Fahrerwunsch (sparsame oder sportliche Fahrweise) und Fahrzustand bewertet, um in jeder Fahrsituation die optimale Getriebeübersetzung bereitzustellen. Abhängig von den Randbedingungen errechnet das Dynamische Regelprogramm eine Soll-Antriebsdrehzahl.

Der Drehmomentfühler (Regelung der Anpresskraft)

Wie bereits beschrieben ergibt ein entsprechender Öldruck im Anpresszylinder eine resultierende Anpresskraft der Kegelscheiben. Ist diese zu gering, kommt es zum Rutschen der Kette und somit zu Schäden an Kette und Scheibensätzen. Ein zu hoher Anpressdruck führt hingegen zur Verschlechterung des Wirkungsgrades. Ziel ist es deshalb, die Anpresskraft der Kegelscheiben den Erfordernissen entsprechend möglichst genau und sicher einzustellen.

Ein hydraulisch-mechanisch arbeitender Drehmomentfühler im Scheibensatz 1 erfasst das tatsächlich übertragene Moment statisch und dynamisch sehr genau und stellt den richtigen Öldruck in den Anpresszylindern ein.

Das Motormoment wird ausschließlich über den Drehmomentfühler in den Variator eingeleitet. Der Anpressdruck wird rein mechanisch-hydraulisch vom Drehmomentfühler geregelt.

 

Drehmomentfühler

Der Drehmomentfühler

Aufbau und Funktion

Der Drehmomentfühler besteht im Wesentlichen aus zwei Schalen mit sieben Rampen, zwischen denen Stahlkugeln gelagert sind. Die Rampenschale 1 ist mit dem Abtrieb des Scheibensatzes 1 (Abtriebsrad Vorgelegestufe) formschlüssig verpresst. Die Rampenschale 2 ist mit dem Scheibensatz 1 über eine Nutverzahnung axial verschiebbar verbunden und stützt sich am Drehmomentfühlerkolben ab. Der Drehmomentfühlerkolben dient zur Regelung des Anpressdruckes und bildet das Gehäuse von Momentenfühlerraum 1 und 2.   Die Schalen können sich radial gegeneinander verdrehen, wobei aufgrund der Geometrie von Rampen und Kugeln das Drehmoment in eine Axialkraft umgewandelt wird. Diese Axialkraft wirkt auf die Rampenschale 2 und verschiebt den anliegenden Drehmomentfühlerkolben. Dabei werden durch die Steuerkante des Drehmomentfühlerkolbens Abströmöffnungen im Momentenfühlerraum 1 verschlossen bzw. freigegeben.

Die vom Drehmomentfühler erzeugte Axialkraft dient als Steuerkraft, die proportional zum Motormoment ist. Entsprechend der Steuerkraft stellt sich der Druck im Anpresszylinder ein.

Video Animation zur Multitronic

Hinweis: Auf die Beschreibung der elektro-hydraulischen Steuerung und weiterer Besonderheiten der multitronic verzichtet kfztech.de aus Platzgründen.

 

Quelle: AUDI

siehe auch: | Haldex-Kupplung | Audi Quattro |



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Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 24.02.2016

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