Neues E-CVT

[Joe3k]

Hi

Ich weiss nicht genau, wohin dieses Thema passt. Da es sicherlich auch mit dem GS 450h zu tun hat, habe ich es mal hier eröffnet.

Ich habe gelesen, dass ein neues E-CVT (Elektronisches Stufenloses Getriebe) in Bearbeitung ist. Ich bin mir nicht sicher, ob das von Toyota entwickelt wird oder ob es nur ein Vorschlag von Ingenieuren ist, um das System zu verbessern.

Beim aktuellen Toyota System (Hybrid Synergy Drive), sind 2 Elektromotoren und der Benziner an ein Planetengetriebe angeflanscht. MG1 ist am Sonnenrad, der Benzinmotor am Planetenträger, MG2 und die Räder am Hohlrad angeschlossen. Es geht nun darum, die Elektromotoren und das Planetengetriebe zu vereinen. Der Stator von MG2 ist quasi das äussere Gehäuse des Systems, während dessen Stator dem Hohlrad entspricht und mit den Rädern verbunden ist. Der Bezinmotor treibt nun statt dem Sonnenrad, einen Rotor aus Permanentmagneten an. Der Rotor von MG1 ist im inneren des Systems, der Stator von MG1 bildet den Kern des Systems und nur die elektrischen Anschlüsse werden herausgeführt (keinen mechanischen Anschluss an MG1). Die Kraftübertragung zwischen den Motorgeneratoren MG1, MG2 und dem Benziner via Permanentmagneten erfolgt rein Elektromagnetisch und nicht mehr mechanisch. Dadurch kann das Gesamtsystem kleiner und leichter aufgebaut werden. Zudem wird vermutlich die Zuverlässigkeit erhöht, da weniger mechanische Übertragungen nötig sind. Mittels Permanentmagnetsysteme lassen sich auch sehr hohe Drehmomente übertragen.

Dieser Verbesserungsvorschlag hat mich fasziniert, da man das HSD mit noch weniger Bauteilen nachbilden kann. Ich sollte mal eine Zeichnung dazu machen, um es verständlicher darzustellen. Leider finde ich die Quelle nicht mehr. Vielleicht weiss jemand von Euch etwas mehr zu diesem Thema.

Gruss

Joe

[DrHybrid]

Das ist das erste Mal, das sich davon höre, klingt aber interessant.

Falls Du die Quelle wieder finden solltest, oder die Skizze hinbekommst, wäre das spannend.

Allerdings bleibt anzumerken, dass das mechanische Glied, eines einfaches "Planetenradsatzes" beim aktuellen E-CVT, zu den zuverlässigsten Baugruppen in Triebsträngen überhaupt gehört. Da geht sicher vieles drum herum kaputt, bevor mal ein Planetenradsatz versagt, wenn er richtig ausgelegt ist. Davon gehe ich bei Toyota aber mal aus. Den wegzuoptimieren bringt daher sicher kaum Systemlebensdauer. Wenn das Gesamtsystem aber kompakter oder billiger darzustellen wäre, dann wäre das Grund genug zum Nachdenken.

Danke einstweilen,

DrHybrid

bearbeitet 25. Dezember 2011 von DrHybrid

[dj_essi]

Eine visuelle Darstellung wär super, wenn du die auftreiben könntest :)

[Joe3k]

So, ich hab' mal schnell eine Skizze aus dem Kopf gemacht.

Die erste Skizze zeigt das bekannte Hybrid Synergy Drive System, welches in fast Hybrid-Fahrzeugen des Toyota-Konzerns verwendung findet.

Die zweite Skizze zeigt den Querschnitt durch das neue Power Split Device, bei welchem die Kraftübertragung über den rotierenden magnetischen Koppler (Permanentmagnet) erfolgt. Die Kräfte können jeweils vom Koppler zu den Statorwicklungen von MG1 und MG2 übertragen werden oder umgekehrt.

Ich habe die Quelle leider nicht gefunden, suche aber noch weiter.

[DrHybrid]

Coole Skizze, vielen Dank!

Das sieht jedenfalls spannend aus, weil ja gar keine mechanische Kopplung mehr vorhanden ist.

Eine Planetenradstufe überträgt allerdings einen Teil der Leistung als sogenannte Kupplungsleistung vollkommen (!) verlustfrei (Quelle: Looman, S. 24).

Ob das bei dem Konstrukt auch gegeben ist kann ich nicht beurteilen. Der Aufbau ist echt nur etwas für Hardcore E-Techniker mit Vertiefungsrichtung elektromagnetische Felder bei E-Antrieben.

Wäre aber wahrscheinlich einfacher und billiger zu fertigen. Bin mal gespannt ob man davon noch mehr hört, oder ob das tatsächlich mal kommt.

Besten Dank,

DrHybrid

bearbeitet 26. Dezember 2011 von DrHybrid

[dj_essi]

Danke für die tollen Skizzen. :)

Muss mir aber diesbezüglich noch etwas Grundwissen zum Planetenradgetriebe aneignen.

[Gufera]

Danke für die tollen Skizzen. :)

Muss mir aber diesbezüglich noch etwas Grundwissen zum Planetenradgetriebe aneignen.

Auch wenn es sich im Video nicht um ein E-CVT handelt, sondern um ein Hydro-CVT, so zeigt es doch mehr oder weniger verständlich, wie ein Planetengetriebe die Leistung "zweier Antriebe" summieren kann. :) klick

[DrHybrid]

Hmmm - lauwarm, ein Hydrogetriebe kann seine Übersetzung verändern, eine einzelne, mechanische Planetenradstufe nicht.

Allerdings kann man es so betrachten, dass die Generator/E-Motor-Kombi in einem E-CVT einem Hydrogetriebe entspricht.

Sieht auf den ersten Blick zwar alles simpel aus, aber allein Loomans Buch füllt eine ganze, eigene Vorlesungsreihe, nur um Planetenradsätze und deren Kombinationen zu verstehen und berechnen zu können.

[Gufera]

Hmmm - lauwarm, ein Hydrogetriebe kann seine Übersetzung verändern, eine einzelne, mechanische Planetenradstufe nicht.

Ein Generator und Elektromotor mit dazwischen geschaltetem Umrichter aber auch, oder? :g:

Es geht mir aber im Grunde nur um die Fähigkeit von dem Planetengetriebe, zwei Energiequellen auf einer einzigen Ausgangswelle zu summieren.

[DrHybrid]

Ein Generator und Elektromotor mit dazwischen geschaltetem Umrichter aber auch, oder? :g:

Ja, man muss ja die "Übersetzung", also in dem Fall das Drehmoment oder die Drehzal am Motor, regeln.

Es geht mir aber im Grunde nur um die Fähigkeit von dem Planetengetriebe, zwei Energiequellen auf einer einzigen Ausgangswelle zu summieren.

Völlig korrekt!

P.S. Kennt man zwei Drehzahlen an einem Planetengetriebe, kann man die dritte ausrechnen. Die Summe aller drei Momente ist immer Null, also kann man mit zweien auch das dritte berechnen.

P.P.S. Ein normales Getriebe ist genau genommen auch ein Planetengetriebe, bei dem die dritte Welle das Gehäuse ist. Dessen Drehzahl ist bekannt und im besten Fall immer Null, weil festgeschraubt. :lol: Würde man es rotierend lagern, könnte man es als dritte Welle benutzen. :lol: :lol:

bearbeitet 27. Dezember 2011 von DrHybrid

[biker]

P.P.S. Ein normales Getriebe ist genau genommen auch ein Planetengetriebe, bei dem die dritte Welle das Gehäuse ist. Dessen Drehzahl ist bekannt und im besten Fall immer Null, weil festgeschraubt. :lol: Würde man es rotierend lagern, könnte man es als dritte Welle benutzen. :lol: :lol:

Du Dolles! :lol2: :tooth:

[Gufera]

Theoretisch könnte ich unseren Traktor sogar zum Hybriden aufrüsten. :lol:

Zwischen Hydraulikpumpe und Hydromotor wird ein mit Stickstoff gefüllter Druckspeicher geschaltet, deren Zu und Abfluss über ein proportionales Steuerventil geregelt wird. So könnte ich dann beim "Zurückschalten" auch Rekuperieren, und mittels Hydromotor das Dieselaggregat anwerfen. :lol:

Ich glaub die Idee sollte ich patentieren lassen. :tooth:

[Joe3k]

Eine Planetenradstufe überträgt allerdings einen Teil der Leistung als sogenannte Kupplungsleistung vollkommen (!) verlustfrei (Quelle: Looman, S. 24).

Ob das bei dem Konstrukt auch gegeben ist kann ich nicht beurteilen. Der Aufbau ist echt nur etwas für Hardcore E-Techniker mit Vertiefungsrichtung elektromagnetische Felder bei E-Antrieben.

Dass die Kopplung nur noch rein Elektromagnetisch geschieht hat mich auch fasziniert. Ich habe mal Elektrotechnik studiert (aber nicht Vertiefungsrichtung EM-Felder), trotzdem weiss ich, dass es Verluste in dieser Übertragung gibt. Ich weiss aber nicht mehr wie hoch diese Verluste sind.

Danke für die Referenz zu Looman, ich wusste nicht, dass ein Planetengetriebe die Kupplungsleistung verlustfrei übertragen kann. Wenn ich das aber richtig verstehe, ist das aber eigentlich ein Spezialfall und ist im normalen Betrieb nicht immer so (kein Abwälzen der Zahnräder). Im normalen Betrieb wird die anstehende Leistung immer irgendwie Verteilt, d.h. die Zahnräder werden sich sehr oft abwälzen, was dann wiederum mit Reibungsverlusten behaftet ist. Die Trägheitsmomente sind hier wahrscheinlich vernachlässigbar klein. Ich muss mich zum Thema Planetengetriebe auch noch etwas schlau machen.

Wie schon gesagt wurde, das Prinzip sieht relativ simpel aus, aber wenn man das Ganze verstehen und berechnen will, dann wird es schon ziemlich happig. Die Steuerung der elektromagnetischen Kopplung im neuen E-CVT wird sicher auch herausfordernd sein, da sehr hohe Ströme und Spannungen (mit veränderlichen Frequenzen) in allen Richtungen geschaltet werden müssen. Vielleicht kann man dadurch bei der Mechanik sparen aber wenn dafür die Elektronik unverhältnismässig teurer wird, hat man auch nicht viel gewonnen...

Grüsse

Joe

[Gufera]

Die Summe aller drei Momente ist immer Null...

So viel mir ist, machen die Allgäuer genau diesen Umstand zu Nutze, um den aktiven Stillstand zu realisieren. :g:

[DrHybrid]

... Wenn ich das aber richtig verstehe, ist das aber eigentlich ein Spezialfall und ist im normalen Betrieb nicht immer so (kein Abwälzen der Zahnräder). Im normalen Betrieb wird die anstehende Leistung immer irgendwie Verteilt, d.h. die Zahnräder werden sich sehr oft abwälzen, was dann wiederum mit Reibungsverlusten behaftet ist. ...

Hi Joe,

ja, so ist das. Ist ungefähr auch wie beim Handschaltgetriebe für Hinterradantriebe. Da sind der 4. oder 5. Gang üblicherweise starr durchgeschaltet. Also wie eine starrre Welle.

Das wird wirkungsgradmäßig von nichts geschlagen. Wie Du schreibst, elektrische Wandlung ist da immer mit Verlusten behaftet. Man muss sich die Lastkollektive aber sehr genau ansehen um fundierte Aussagen machen zu können welcher Triebstarng wirkungsgradgünstiger ist. Autobahn/Stadt/Überlandanteile, das Verhalten des Fahrers, Geschwindigkeitslimits (D/US/Schweiz, z.B.) alles hat großen Einfluss.

... Die Trägheitsmomente sind hier wahrscheinlich vernachlässigbar klein. ...

Ja, die Trägheitsmomente sind nur beim Beschleunigen relevant aber auch nicht so extrem, es sind ja relativ geringe Massen.

Viele Grüße,

DrHybrid

[DrHybrid]

So viel mir ist, machen die Allgäuer genau diesen Umstand zu Nutze, um den aktiven Stillstand zu realisieren. :g:

Meinst Du alle drei Allgäuer machen im Moment gerade Null, völliger Stillstand?

Kann sein, die warten wohl auf Schnee und wenn der kommt kommen auch die Skifahrer und dann rotieren auch die Lifte und es bleibt in Summe wieder was hängen. :lol:

bearbeitet 28. Dezember 2011 von DrHybrid

[TODDE]

Ach, ich liebe dieses F(l)achwissen... :rolleyes: :thumbup: :lol:

Nee, im ernst...Ist schon sehr interessant, der Thread... :thumbup:

[DrHybrid]

Ach, ich liebe dieses F(l)achwissen... :rolleyes: :thumbup: :lol:

...

Aber das Allgäu ist doch gar nicht nicht flach? :blink:

bearbeitet 28. Dezember 2011 von DrHybrid

[Gufera]

Hallo ihr Spassvögel,

mit Allgäuer waren eigentlich die Leute von Fendt gemeint. :tooth:

Bei einem Hydraulischen CVT kann man die Getriebeübersetzung auf unendlich "schalten" und somit bleibt das Fahrzeug stehen, ohne dass man die Park oder Betriebsbremse betätigt. Das Getriebe bleibt auch bei laufendem Motor und stehendem Fahrzeug jederzeit kraftschlüssig. :)

[Gufera]

Meinst Du alle drei Allgäuer machen im Moment gerade Null, völliger Stillstand?

Kann sein, die warten wohl auf Schnee und wenn der kommt kommen auch die Skifahrer und dann rotieren auch die Lifte und es bleibt in Summe wieder was hängen. :lol:

Ok, ich Versuchs noch einmal zu erklären (nicht für dich natürlich).

Wenn ich das Sonnenrad festhalte, und dem Hohlrad keinen Wiederstand biete, dann dreht sich das Hohlrad mit 50% der maximalen Geschwindigkeit vorwärts, und die Planetenräder mit 50% in die Gegenrichtung. Also halten sie sich gegenseitig die Waage. Das Sonnenrad bleibt in dem Moment ja stehen.

(50% +) + (50%-) + 0% = 0.

Oder sehe ich da was falsch Herr Dr.?

Ach ja, hab noch ein Video gefunden.

[Joe3k]

Hallo Gufera

Danke für das interessante Video.

Beim Traktor mit Hydro-CVT kannst Du also statt den Gang mechanisch einzulegen, die Ventile zwischen Pumpe und Turbine einstellen? Hast Du dafür ein stufenloses Einstellrad oder wie muss ich mir das vorstellen?

Grüsse

Joe

[DrHybrid]

...

Oder sehe ich da was falsch Herr Dr.? ...

Hi Gufera,

im Prinzip ist das korrekt, nur die 50% bzw. "halbe" etc. hängen von den absoluten Zähnezahlen (Verhältnis Sonne zu Hohlrad) ab. Das kann daher auch andere Zahlenwerte annehmen.

Aber als "viel langsamer, so ca. 50%" kann man das erst mal gelten lassen. (niemals würde ich bei einem Deiner Posts das Wort "falsch" verwenden) ;)

Fendt = Allgäuer, vielen Dank und ich hab gegrübelt welcher lokalpolitische Seitenhieb damit vielleicht gemeint gewesen sein könnte. :lol:

Viele Grüße,

DrHybrid

[Gufera]

Hallo Gufera

Danke für das interessante Video.

Beim Traktor mit Hydro-CVT kannst Du also statt den Gang mechanisch einzulegen, die Ventile zwischen Pumpe und Turbine einstellen? Hast Du dafür ein stufenloses Einstellrad oder wie muss ich mir das vorstellen?

Grüsse

Joe

Nein dafür gibt es grob gesagt drei Fahrmodis.

Am häufigsten verwende ich den Fahrpedeal Modus. Damit fährt sich der Traktor etwa so wie ein Prius, oder sonst ein Hybridfahrzeug.

Was ich aber zusätzlich machen kann, ist die stärke der Beschleunigung, Verzögerung und Reservierung in vier Stufen einstellen. Darüber hinaus lässt sich die "Auflösung" von dem Fahrpedal stufenlos einstellen. Damit kann ich z.b einstellen dass der gesamte Weg des Pedals nur von 0-5 km/h geht, oder aber auch von 0-50. So kann ich bei sehr heiklen Aufgaben sehr feinfühlig beschleunigen.

Wenn ich den Fahrhebel zurück ziehe, verzögert das Fahrzeug bis zu Stillstand. So ist es mir auch möglich, das Getriebe als Motorbremse zu nutzen. Bei der Fahrpedal Einstellung wird die Drehzahl des Motors automatisch geregelt, das heisst immer im optimalen Drehzahlbereich gehalten.

Natürlich kann ich auf die Motordrehzahl Einfluss nehmen in dem ich die Motordrückung im Terminal in Prozent einstelle, oder eine fixe Drehzahl vorgebe.

Der zweite Fahrmodus ist der mit dem Fahrhebel. Fahrhebel nach vorne drücken = beschleunigen, Fahrhebel nach hinten = verzögern.

Die vier einstellbaren Stufen und die automatische Motordrehzahlregelung sind natürlich auch hier wirksam.

Die dritte Variante ist auch wieder mit dem Fahrhebel, aber mit der Motordrehzahlregelung übers Gaspedal.

Dazu hab ich noch ein kurzes Video gefunden:

[Joe3k]

Danke für die Infos. Das ist ja schon ziemlich High-Tech. Als Kind bin ich mit einem Freund, dessen Vater Bauer war, auf den Feldern gewesen. Ich kann mich erinnern, dass sein Traktor etwa 3 Hebel für die Gangschaltung hatte. War alles mechanisch und beim Kuppeln hat es ziemlich geholpert :tooth:

Im Fendt 936 aus dem Video sieht es eher wie in einem Flugzeug-Cockpit aus :clap:

Grüsse

Joe

[Gufera]

...niemals würde ich bei einem Deiner Posts das Wort "falsch" verwenden ;)

Hallo Herrn Dr. Maschinenbauingenieur,

ich bitte dich geradezu darum! :)

Wenn ich hier Quatsch mit Sauce verbreite, dann hast du auch das Recht dazu mich zu korrigieren (zur Schnecke machen) :lol: Bin ja nur gelernter Landwirt, und kein Ingenieur. :rolleyes: