Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

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Randyak
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Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#1 Beitrag von Randyak » Di 9. Jul 2024, 16:57

Hey zusammen,
Meine Fragestellung ist allgemeiner Natur und betrifft die genaue Funktion der Variomatik.
Ich würde mir wünschen, wenn wir uns hier in diesem Thread eher theoretisch über die Baugruppen, Funktionsweise und das Regelverhalten einer Variomatik austauschen.
Es gibt hier im Forum einige Threads rund ums Thema Variomatik Optimierung.
Es wird immer wieder davon gesprochen, dass die Variomatik im Regelbereich die Drehzahl konstant halten soll. Ich verstehe auch warum das sinnvoll ist, nämlich um den Motor im Auslegungspunkt zu betreiben, welcher auch immer das sein mag (max. Drehmoment, Peak Power, usw.).
Auch einige Diagramme deuten das an, aber physikalisch ergibt das für mich (noch) keinen Sinn.
Ich hab gedanklich ein Problem damit zu verstehen wie die Variomatik es schafft mit annähernd konstanter Drehzahl die Übersetzung zu vergrößern.
Um den Radius der Riemen Laufbahn im vorderen Pully zu vergrößern, braucht es zunehmende Fliehkraft. Die Fliehkraft nimmt mit der Drehzahl zu: F=m*(2*pi*n)^2*r. 2*pi*n entspricht der Winkelgeschwindigkeit w mittels Drehzahl ausgedrückt, sofern ich hier nix total durcheinander gebracht habe. Die Masse m und 2*pi sind konstant. Also ohne Drehzahl Erhöhung eigentlich keine Vergrößerung der Übersetzung. Zwar geht auch der Radius r, also der Abstand von der Drehachse ein, aber die Drehzahl geht im Quadrat ein und bei der Radius Veränderung reden wir von Inkrementen in Millimetern, während die Dimensionen in der Formel KG, Meter und Sekunden sind. Steigt die Fliehkraft, steigt zwar auch die Kraft in der Gegendruckfeder (nehme an das die eine lineare Kennlinie hat, also Kraft proportional zum Weg), aber für eine Variomatik Verstellung muss die Fliehkraft größer sein als die GDF Kraft, bis sich Kräftegleichgewicht hergestellt hat. Um die Vario weiter zu verstellen, muss die Drehzahl erneut vergrößert werden, bis die Vario irgendwann am Anschlag der Rollenlaufbahnen ist. Danach erfolgt ein Geschwindigkeitszuwachs über eine Drehzahl Erhöhung.
Ich brüte da schon ne ganze Weile drüber und finde keine physikalische Erklärung dafür.
Vielleicht bin ich einfach zu doof, aber wer nicht fragt bleibt dumm.
Gibt es hier jemanden wie z.B. @Kanaldeckel, @zirri, @GTS-Peter, o.ä. die die Physik dahinter verstehen und das erklären können?
Würde mich freuen, denn das treibt mir echt ein Knötchen...

PS: zur klassischen Variomatik mit Keilriemen als Umschlingungsmittel (eine Variomatik fällt nämlich in die Kategorie der Umschlingungsgetriebe mit kontinuierlich veränderlicher Übersetzung => CVT) und reiner Fliehkraft Regelung scheint es keine Fachliteratur zu geben. Auch wenn quasi jeder Motorroller damit ausgestattet ist, scheint das für die Fachwelt / die Hochschulen doch eher eine Nieschenanwendung zu sein.
Suche schon seit Monaten und hab nix brauchbares gefunden.
Die sogenannte Variomatik wurde übrigens vom Autohersteller DAF entwickelt und auch in Fahrzeugen verbaut.

In Kfz Anwendungen kommen als Umschlingungsmittel Zugketten, oder Schubbänder anstelle von Keilriemen zum Einsatz um die höheren Drehmomente zu übertragen und die Übersetzung wird z.B. Hydraulisch verstellt. Da können dann auch verschiedene Drehzahlen (bestes Drehmoment, Overdrive beim cruise, oder Underdrive beim Beschleunigen) eingestellt werden.
Der Suzuki Burgman kann das übrigens auch - veränderliche BDZ.
Die Anpresskraft die bei unseren Rollern mit der GDF erzeugt wird, wird in Kfz CVT dann in Abhängigkeit vom momentanen Motor Drehmoment ebenfalls z.B. hydraulisch erzeugt. Dadurch kann man die Reibungsverluste optimieren und gleichzeitig Makroschlupf des Umschlingungsmittels verhindern.
Anpressdruck ist erforderlich, weil die Antriebsmomente per Reibschluss und nicht per Formschluss vom Antriebspully auf den Antriebspully übertragen werden. Je höher das Drehmoment, desto mehr Reibung erforderlich, desto mehr Anpressdruck.
Grüße Andreas

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#2 Beitrag von VESPOLA » Di 9. Jul 2024, 19:02

Ich nehme an, dass Andreas eher theoretisches Wissen sammeln möchte ab Seite 16-170:

https://mediatum.ub.tum.de/doc/685496/file.pdf

Gruß,
Oliver

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#3 Beitrag von Randyak » Di 9. Jul 2024, 19:35

Hi Oliver,
Die Dissertation hatte ich auch schon gefunden und lese sie gerade. Befürchte nur, dass die mir für eine Fliehkraft geregelte Vario nicht weiter hilft, aber trotzdem interessant.
Bin aber auch erst auf Seite 20. Mal schauen, ob da noch was kommt.
Danke.
Zuletzt geändert von Randyak am Di 9. Jul 2024, 19:44, insgesamt 1-mal geändert.
Grüße Andreas

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#4 Beitrag von Randyak » Di 9. Jul 2024, 19:42

moby-d hat geschrieben:
Di 9. Jul 2024, 18:16
eigentlich eine überflüssige Frage da die Antwort sowieso 42 lautet.

Wie schon damals in den 70ern bei meiner Peugeot 103 Moped mit Variateur …
je mehr Gas, desto höher die Drehzahl, desto mehr gehen die konischen Scheiben zusammen, desto höher wird der Keilriemen gedrückt, desto schneller durch Änderung der Übersetzung wie beim Fahrrad, vorne groß desto mehr Kraft desto schneller, vorne klein mehr Drehmoment an Hinterrad bei geringer Geschwindigkeit

https://m.youtube.com/watch?v=qkcB0lD6_ ... lvbg%3D%3D
FAQ] Funktionsweise des Roller Antrieb / Zusammenspiel Variomatik Wandler Kupplung
Scooter Tuning Channel
Kenne das Video. Bringt aber net viel, denn man sieht die Drehzahl nicht parallel zur Vario Verstellung.
Außerdem, so wie du beschreibst scheint es ja eben nicht zu sein. Die Vario soll ja anscheinend die Beschleunigungsdrehzahl über den Regelbereich konstant halten und trotzdem die Keilscheiben zusammen fahren für eine längere Übersetzung.
Aber genau das verstehe ich nicht.
Genau dieses Verhalten wird hier im Forum aber oft als offensichtlich beschrieben und auch mit Diagrammen verschiedener Quellen unterstützt.
Deshalb die Hoffnung, dass jemand verstanden hat und erklären kann, warum das so ist.
Grüße Andreas

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#5 Beitrag von mikesch » Di 9. Jul 2024, 21:49

Deine Verwirrung entsteht dadurch weil du glaubst die Vario arbeitet linear.
Das scheint nach meinen Beobachtungen nicht der Fall zu sein.
Ich tippe das die Kraft der Gegendruckfeder in Verbindung mit der Fliehkraft der Rollen extra so bemessen ist das die Vario nur in einem Teilbeteich eine konstante Beschleunigungsdrehzahl des Motors bewirkt.
Danach kippt das Gleichgewicht und die Motordrehzahl steigt aus gutem Grund.
Grund dürfte sein das sich bei einer linearen Reglung werder eine brauchbare Beschleunigung noch eine maximale Endgeschwindigkeit ergeben würde.
Das weis jeder der mal mit den Gewichten experimentiert hat.
Wie du sicher weißt ist die einfache Funktion der Vario ein Kompromiss mit vielen Fehlern und Leistungsverlusten die in Kauf genommen werden um die Produktions und Wartungskosten zu senken.
Du hingegen hast dich auf eine ideale oder lineare Funktion der Vario festgelegt was der Realität nicht entspricht.
Deine sicher gut gemeinte wissenschaftliche Betrachtung wird somit kläglich scheitern.

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#6 Beitrag von Blixa7000 » Di 9. Jul 2024, 22:43

Die Frage ist recht einfach beantwortet: Die Verstellung der Vario erfolgt bekanntlich über den Druck, den die Rollen ausüben. Die Energie zur Druckausübung wird durch die Drehzahl erzeugt.

Das System befindet sich bei einer theoretisch konstanten Motordrehzahl im latenten Gleichgewicht mit geringem Energie Überschuss in den Rollen, da die Massenträgheit des Rollers als Gegenkraft wirkt. Die Beschleunigung erfolgt somit (theoretisch) linear zum Energieübertrag der Rollen auf dem Variator.

Einfach zu vergleichen ist das mit der von dir genannten Hydraulik im CVT. Diese stellt die Energie definiert bereit, um die Veränderung der Übersetzung zu bewirken. Beim normalen Roller ist "diese Hydraulik" die in den Rollen gespeicherte Energie, die (da viel geringer) nur langsam an den Variator abgegeben wird.

Aus diesem Grund ist keine Drehzahl Steigerung nötig, da die Energie bereits im System vorhanden ist. Die Konstantdrehzahl reicht aus, um den Variator weiter zu verstellen, da die Rollen bis zu Drehzahl y einen höheren Energieeintrag erfahren, als sie mechanisch (durch die Massenträgheit) übertragen können.

Streng genommen müsste sich das sogar relativ einfach rechnen lassen.

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#7 Beitrag von mikesch » Di 9. Jul 2024, 22:57

Selbstverständlich kannst du deine Theorien berechnen.
Nur was willst du damit erreichen und was ändern deine Berechnungen am enormen Leistungsverlust der Variomatik der aus meiner Sicht viel wichtiger ist als die Regelung bis ins Detail wissenschaftlich zu erklären?
Die auftretende Wärme im Antrieb stört mich von Anfang an und passt überhaupt nicht mehr in unsere Zeit der Energieensparung.
Bist du bei dem Thema auch unterwegs?

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#8 Beitrag von Randyak » Di 9. Jul 2024, 23:27

@Blixa7000: muss ich erstmal sacken lassen und drauf rumkauen. Danke schonmal.

@Mikesch: Kann ja nicht schaden zu verstehen wie Dinge funktionieren, oder? Natürlich kann man auch einfach nutzen und genießen. Oder beides. Jeder Mensch tickt da vermutlich individuell. Optimierung, egal ob energetisch, oder Leistungsorientiert, ohne Verständnis von der Funktion eigentlich nur schwierig vorstellbar. Über die Effizienz des Antriebsstrangs mach ich mir erstmal keine Gedanken. Darüber denke ich vielleicht nach, wenn ich den Rest verstanden habe. Ich vermute einfach mal das die Verwendung einer Variomatik eher was mit der Einfachheit der Konstruktion zu tun hat. Funktioniert voll mechanisch, regelt sich selbst, keine Mess und Regeltechnik erforderlich. Günstig zu fertigen, einfach zu warten. Fast alles im Leben ist ein Kompromiss, kommt immer darauf an worauf man den Schwerpunkt legt.
Grüße Andreas

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#9 Beitrag von Frostfox » Mi 10. Jul 2024, 00:19

Hi,
vielleicht hilft dir das:
https://youtu.be/9cKbzUgFdS0

Wenn im Variator der Riemen steigt wird er auf der Kupplungsseite in den Wandler gezogen.
Die GDF regelt wie stark/schnell der Riemen sich in den Wandler ziehen lässt. Dadurch kann das Verhältnis von Drehzahl zu Kraft am Hinterrad zeitlich reguliert werden bzw. länger in einem Bereich gehalten werden. Es ist wie Mikesch sagt nicht linear, das sieht man auch an den Leistungskurven.

So hab ichs mir zumindest immer erklärt :)

Lg aus Wien,
Philip

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#10 Beitrag von Blixa7000 » Mi 10. Jul 2024, 06:55

moby-d hat geschrieben:
Mi 10. Jul 2024, 00:51
ich vermute der TE versteht nicht, dass die Motordrehzahl und Drehzahl der Variomatik und der des Keilriemens und Hinterrades völlig unterschiedlich zu betrachten sind.
Das hat er selbstverständlich verstanden. Du hast nicht verstanden, was er mit seiner Frage zum Ausdruck bringen will.

Er will schlicht wissen, wie es ohne weitere Änderung geometrischer oder energetischer Parameter zu einer Änderung der Übersetzung in einem passiven, nicht aktiv geregelten System kommen kann. Und diese Frage ist durchaus berechtigt und interessant...

Ob und wie die Klärung Sinn in der Praxis macht, ist egal. Danach hat er nicht gefragt.

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#11 Beitrag von mikesch » Mi 10. Jul 2024, 07:43

Randyak, ich möchte wissen wie du das Regelverhalten der Vario berechnen möchtest wenn du den Reibwert des Riemens außer acht läßt.
Ich habe das Beispiel in #8 deshalb gebracht weil der Reibwert direkt in das Regelverhalten eingreift und daher deine Brechnungen verfälscht.
Der Reibwert ist nicht nur von der Länge sondern auch vom Material des Riemes abhängig.
Der Beweis für meine These der unterschiedliche Regelcharakteristik kann durch Fahren mit Riemen unterschiedlicher Hersteller erbracht werden.
Entsprechende Praxistests wurden von mir durchgeführt die aber keinesfalls einen wisenschaftlichen Charakter haben also streng genommen nutzlos sind.
Man sollte deshalb das Pferd nicht von hinten aufziehen, sondern den Reibwert, also genau den von mir erwähnten Leistungsverlust mit einbeziehen.
Leider wird die Berechnung jetzt kompliziert weil nirgens ein Reibwert seitens der Herstellern angegeben wird und auch nicht angegeben werden muß.
Dieser sollte m.E. in einem Versuchsaufbau ermittelt werden bevor es wissenschaftlich weiter gehen soll.
Viel Erfolg und berichte.

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#12 Beitrag von Blixa7000 » Mi 10. Jul 2024, 08:07

mikesch hat geschrieben:
Mi 10. Jul 2024, 07:43
Randyak, ich möchte wissen wie du das Regelverhalten der Vario berechnen möchtest wenn du den Reibwert des Riemens außer acht läßt.
Ich habe das Beispiel in #8 deshalb gebracht weil der Reibwert direkt in das Regelverhalten eingreift und daher deine Brechnungen verfälscht.
Der Reibwert ist nicht nur von der Länge sondern auch vom Material des Riemes abhängig.
Der Beweis für meine These der unterschiedliche Regelcharakteristik kann durch Fahren mit Riemen unterschiedlicher Hersteller erbracht werden.
Entsprechende Praxistests wurden von mir durchgeführt die aber keinesfalls einen wisenschaftlichen Charakter haben also streng genommen nutzlos sind.
Man sollte deshalb das Pferd nicht von hinten aufziehen, sondern den Reibwert, also genau den von mir erwähnten Leistungsverlust mit einbeziehen.
Leider wird die Berechnung jetzt kompliziert weil nirgens ein Reibwert seitens der Herstellern angegeben wird und auch nicht angegeben werden muß.
Dieser sollte m.E. in einem Versuchsaufbau ermittelt werden bevor es wissenschaftlich weiter gehen soll.
Viel Erfolg und berichte.
Definitiv spielt der Riemen eine große Rolle. Nicht nur der Reibwert, sondern auch die Härte und die Dehnung. Das wird alles in Wärme umgesetzt.

Man kann aber mit Durchschnitts Faktoren arbeiten - das Problem ist halt immer die Datengrundlage.

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#13 Beitrag von Blixa7000 » Mi 10. Jul 2024, 13:35

moby-d hat geschrieben:
Mi 10. Jul 2024, 10:13
Was daran gedanklich nicht zu verstehen ist ist für mich nicht nachvollziehbar.
Was man daran genau berechnen möchte wenn die reale Auswirkung von recht vielen unterschiedlichen Faktoren abhängig ist, die bekannt sind, genauso wenig.
Kann schon sein - deshalb wird es dir ja erklärt. Die Geschwindigkeit steigt nicht ausschließlich durch die Drehzahlerhöhung, sondern über die Veränderung der Übersetzung bei nahezu gleich bleibender Drehzahl und damit verbunden nahezu gleicher Rotation, die auf die Rollen wirkt. Er fragt sich somit folgerichtig, woher die Energie kommt, um die Übersetzung zu verändern und den Beschleunigungsvorgang bei nahezu gleicher Drehzahl aufrecht zu erhalten.

Ich hab es erklärt, glaubt er mir noch nicht ganz und will drüber nachdenken - ich hab´s aber schon geprüft, meine Aussage zum Energieüberhang ist richtig.

Und noch mal: Es geht hier nicht um die Praxis. Es tut nicht weh und macht das Gehirn nicht kaputt, wenn man Sachen weiß, die sich nur theoretisch abbilden lassen. Würde man sich nur auf Fragestellungen konzentrieren, die bei Lösung einen unmittelbaren Erfolg zeigen, würden wir noch im Busch leben.

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#14 Beitrag von Blixa7000 » Mi 10. Jul 2024, 17:28

moby-d hat geschrieben:
Mi 10. Jul 2024, 14:23

Die Energie kommt durch die Drehzahl und Fliehkraft. Er kann ja mal die Rollen weglassen oder extrem schwere nutzen oder die Vespa an einer Kette fixieren damit sie sich keinen Meter bewegt und Vollgas geben oder einen 100 kg Sack hinter der Vespa herziehen, dabei schauen ob und wie sich dann die Übersetzung ändert. Dann natürlich berechnen weshalb das so ist.
Kann ihm bitte mal einer erklären, um was es hier geht? Das ist ja wie in ner ABM mit dem.

Was soll ich dir denn jetzt wieder das schreiben, was ich dir zuvor geschrieben habe? Lies dir die Frage des TE durch, um zu verstehen, um was es geht. Es geht nicht um das Thema, von dem du hier die ganze Zeit redest. Was du hier schreibst, hat nichts mit der Fragestellung zu tun.

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Re: Die Variomatik - Aufbau/Baugruppen - Funktion - Regelverhalten, etc.

#15 Beitrag von Juxus » Mi 10. Jul 2024, 19:14

Interessante Fragestellung, interessante Diskussion :)

Vielleicht hilft es gedanklich das so anzugehen, das man sich vorstellt der Riemen (oder das Umschlingungsmittel) hat zum Zeitpunkt t1 eine Steighöhe x1 bei einer Drehzahl y1. Die Antriebskraft des Motores ist noch stärker als die Fahrwiderstände. Der Motor würde daher bei momentaner, quasi konstanter Übersetzung (gesehen auf einen Sekundenbruchteil) es schaffen die Drehzahl zu erhöhen und sei es nur um 1 U/min. Das führt zu einer höheren Fliehkraft, die Vario passt die Steighöhe an. Das passiert naturlich rein physikalisch auch bei schon bei 0,0001 zusätzliche U/min. Also würde im perfekten System jede noch so kleine Drehzahlerhöhung sofort eine Steighöhenanpassung bewirken. Die Losbrechkräfte sind natürlich größere, aber rein theoretisch...

Die Verstellung ist m.E.n. in der Praxis nicht linear, die Kurven der Rollenbahnen, die zunehmende Krafteinleitung der GDF, Losbrechkräfte, torque driver etc haben da Einfluss.
Meinung ist nicht Ahnung ;)

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