Funktionsweise eines Automatik-Getriebes (Variomatik)

Da es für viele Hobby-Bastler, die ihren Roller frisieren wollen, ein Problem darstellt, das Getriebe ihres Rollers richtig abzustimmen, erkläre ich hier die Funktionsweise eines Automatikgetriebes in einem Roller. Es ist unglaublich wichtig zum Abstimmen eines Rollers, dass man die Funktionsweise versteht. Nur dadurch gelingt einem die richtige Gewichte-, Kupplungsfedern- und Gegendruckfedernwahl!


1. Die Funktion eines Automatikgetriebes:

Die vorderen Riemenscheiben:
Die vorderen Riemenscheiben bestehen aus einer festen und einer beweglichen Scheibe, die eine bestimmte Steigung hat. Auf dieser Steigung läuft der Riemen. Wird die Übersetzung länger, wandert die Riemen auf den Scheiben nach außen. Wie wird die Übersetzung länger? Antwort: Die Gewichte die im Rollenkasten (an die innere Riemenscheibe angegossen!) sitzen, drücken durch die Fliehkraft, die durch die Motordrehzahl entsteht, nach außen. Dabei drücken sie die Stegscheibe (sitzt hinter dem Rollenkasten, verschließt ihn nach hinten!) weg. Weil die Stegscheibe aber keinen Platz zum ausweichen hat, wird der Rollenkasten nach vorne geschoben und die Riemenscheiben gehen zusammen => Der Riemen wird nach außen gedrückt.

Die hinteren Riemenscheiben:
Auch die hintern Riemenscheiben bestehen aus einer festen und einer beweglichen Scheibe. Die Scheiben werden durch die Gegendruckfeder zusammengedrückt. Wandert nun vorne der Riemen nach außen, wandert er hinten nach innen. Das ist so, weil der Riemen fast nicht dehnbar ist und vorne auf einem größeren Durchmesser läuft, also muss er hinten auf einen kleineren wandern. Damit das nicht unkontrolliert einfach so geschieht, gibt es die Gegendruckfeder. Je weicher die Gegendruckfeder, desto leichter (und damit bei schwachen Motoren schneller) kann er runtergehen, aber die Gefahr eines durchrutschenden Riemens wird größer. Je härter die Gegendruckfeder, desto mehr Kraft brauch der Motor um den Riemen hinten unten laufen zu lassen, die Gefahr einen durchrutschenden Riemens wird minimiert. Deshalb nimmt man bei stärkeren Motoren IMMER stärkere Gegendruckfedern. An den hinteren Riemenscheiben sitzt auch noch die Kupplung. Durch die Fliehkraft werden die Kupplungsbacken gegen die Kupplungsglocke gedrückt. Damit das erst bei einer bestimmten Drehzahl passiert, werden an den Kupplungsbacken die Kupplungsfedern angebracht. Sie wirken entgegen der Fliehkraft und bewirken unter eine bestimmten Drehzahl das Auskuppeln.


2. Die Abstimmung eines Automatikgetriebes:

Über Gewichte:
Mit den Gewichten steuert man den Moment des Hochschaltens im Automatikgetriebe. Je schwerer die Gewichte, desto früher werden sie von der Fliehkraft nach außen gedrückt, also wird früher d.h. bei einer geringeren Drehzahl hochgeschaltet. Je leichter die Gewichte, desto später werden sie nach außen gedrückt, also wird später geschaltet. Da aber jeder Motor seine volle Leistung nur bei einer bestimmten Drehzahl abgibt (Nenndrehzahl!), muss man den Punkt des Hochschaltens möglichst so wählen, dass es bei der Leistungsdrehzahl passiert. Über der Leistungsdrehzahl und unter dieser nimmt die Leistung wieder ab! Wähle ich die Gewichte zu leicht, schaltet der Motor zu spät hoch und die Gänge werden zu lange ausgedreht => der Motor fährt zu lange in einem Bereich in dem er keine Kraft mehr hat, folglich verschlechtert sich die Beschleunigung. Wähle ich die Gewichte zu schwer wird unter der vollen Leistung schon hochgeschaltet, der Motor kann sie nicht erreichen und deshalb auch nicht für die Beschleunigung nutzen. Das also zur Gewichtsfrage in Bezug auf die Beschleunigung. An der Höchstgeschwindigkeit verändern die Gewichte auch wesentlich etwas, je leichter die Gewichte, desto kürzer die Übersetzung, also verschlechtert sich die Höchstgeschwindigkeit. Je schwerer die Gewichte, desto länger wird die Übersetzung, die Höchstgeschwindigkeit verbessert sich. Machst du also zu leichte Gewichte rein, verschlechtert sich die Beschleunigung und die Höchstgeschwindigkeit, machst du zu schwere rein, wird die Beschleunigung schlecht und die Höchstgeschwindigkeit gut (vorrausgesetzt der Motor hat überhaupt die Kraft dazu, die lange Übersetzung voll auszudrehen!).

Über die Gegendruckfeder:
Je härter die Gegendruckfeder, desto höher dreht der Motor beim Hochschalten, je weicher die Feder, desto niedriger dreht er, weil er weniger Kraft aufwenden muss um den Riemen hinten nach unten zu bringen. Mit der Gegendruckfeder kann man die Gewicht noch ausgleichen. Man sollte bei einem stark getunten Motor immer eine stärkere Gegendruckfeder einsetzen, um ein Durchrutschen des Riemens zu verhindern.

Über die Stegscheibe:
Je flacher die Stegscheibe, desto kürzer wird die Übersetzung. Dadurch, dass die flachere Stegscheibe weniger Hub ermöglicht, geht die Variomatik nicht auf die längst mögliche Übersetzung. Weil die Gewichte aber die gleiche Strecke zurücklegen müssen, um an das Ende der Laufflächen zu kommen, werden die Drehzahlen bei der Vergleichsgeschwindigkeit mit der steileren Stegscheibe höher. Durch eine flache Stegscheibe kann man sehr viel an Beschleunigung gewinnen, aber die Höchstgeschwindigkeit leidet! Mein Roller rennt mit einer 25ø steilen Stegscheibe ca. 120km/h nach Tacho (entspricht echten 110km/h), die Beschleunigung ist sehr gut (ca. 4 sek. von 0 auf 50km/h). Mit einer 15ø Stegscheibe komme ich nicht mehr auf meine Tacho 120 sondern schaffe nur noch Tacho 95 (entspricht ca. 85) bei gleicher Drehzahl. Die Beschleunigung wird aber so geil, dass ich manchmal Mühe habe, mein Vorderrad am Boden zu halten!

Über die Kupplungsfedern:
Die Kupplungsfedern regeln den Moment des Ein- und Auskuppelns, sie sollten so gewählt werden, dass sie bei einer Drehzahl einkuppeln, bei der der Motor schon genügend Kraft hat um den Roller gut zu bewegen, d.h. etwa 1000rpm unter der Nenndrehzahl. Sind die Federn zu hart, kann man erst über der Nenndrehzahl anfahren, was eine Verschlechterung der Beschleunigung zur Folge hat. Sind die Federn zu weich, wird zu früh eingekuppelt, man kommt sehr schlecht vom Fleck.


3. Die Endübersetzung:




Primär:
Die Primärübersetzung besteht aus zwei Zahnrädern (1+2). Das eine sitzt auf der Welle, dass durch die Variomatik angetrieben wird, das anderen auf einer Extra-Welle.

Sekundär:
Die Sekundärübersetzung besteht auch aus zwei Zahnrädern (3+4). Das eine sitzt auf der Welle, auf der auch das zweite Zahnrad der Primärübersetzung sitz. Das zweite Zahnrad sitzt auf der Hinterachse.

Größe der einzelnen Zahnräder:
Das Zahnrad 1 und 3 sind kleiner, das 2 und 4 sind größer.

Sinn der Endübersetzung:
Die Endübersetzung hat den Sinn die Drehzahl der hinteren Riemenscheiben, die an das Hinterrad weitergegeben werden, zu reduzieren. Der erste Übersetzungsausgleich findet schon in der Variomatik statt, reicht aber nicht aus. Wenn der Variator seinen Wirkungsbereich verlassen hat (=> Mehr Geschwindigkeit nur durch höhere Drehzahl!) dreht sich die hinteren Riemenscheiben ca. 5 mal bei einer Kurbelwellenumdrehung. Wenn das Hinterrad jetzt auf der Welle sitzt, auf der auch die hinteren Riemenscheiben sitzen, müsste das Hinterrad sich bei einer Kurbelwellenumdrehung 5 mal drehen! Dann wäre die Übersetzung so lang, dass sie wohl kein Motor packt und einfach ausgeht (wie beim Auto/Motorrad: Fahrt mal im letzten Gang an!!!). Besteht das Primärgetriebe aus 10 Zähnen am kleinen und 50 Zähnen am großen Zahnrad, muss sich Zahnrad 1 fünfmal drehen um Zahnrad 2 einmal zu drehen (50 : 10 = 5). Das Sekundärgetriebe hat auf Zahnrad 3 15 Zähne und auf Zahnrad 4 60 Zähne. Wenn der Variator aus dem Arbeitsbereich draußen ist und es Geschwindigkeit nur noch über Drehzahl gibt, dreht sich Zahnrad 1 fünfmal pro Kurbelwellenumdrehung und dreht damit Zahnrad 2 einmal pro Kurbelwellenumdrehung. Zahnrad 3 sitz auf der gleichen Welle wie Zahnrad 2 und wird deshalb auch einmal gedreht. Dadurch wird auch Zahnrad 4 15 Zähne weitergedreht. Jetzt dreht sich das Hinterrad also 0,25 mal pro Kurbelwellenumdrehung (Das Zahnrad 3 mit 15 Zähnen müsste sich viermal drehen um das Zahnrad 4 einmal zu drehen, deshalb wird das Zahnrad 4 bei einer Umdrehung von Zahnrad 3 einmal gedreht). Bei einer Kurbelwellenumdrehung wird das Hinterrad bei diesem Beispiel also 0,25 mal gedreht, verstanden?!?
Jetzt noch ein Beispiel an Hand meines Rollers:
Das Zahnrad 1 hat 13 Zähne, Zahnrad 2 hat 52 Zähne, Zahnrad 3 hat 14 Zähne und Zahnrad 4 hat 43 Zähne. Dreht sich also der Hintere Wandler 4 Mal, dreht sich Zahnrad 1 auch viermal. Zahnrad1 dreht dann Zahnrad 2 einmal weiter. Zahnrad 3 wird auch einmal gedreht und dreht dabei Zahnrad 4 0,325 mal. Also dreht sich mein Hinterrad bei einer Kurbelwellenumdrehung 0,325 mal.

Diese Rechnung funktioniert wohlgemerkt nur dann, wenn der Roller nicht mehr im Arbeitsbereich der Variomatik bewegt wird! Man kann mit 10.000 U/min 90,824 km/h schnell fahren, man kann aber auch mit 10.000 U/min anfahren und dabei ist man sicher keine 90,824 km/h schnell!

Getriebeverlängerungen:
Bei stark getunten Motoren macht es Sinn, die Getriebeübersetzung zu verlängern, d.h. die Drehzahl des Hinterrads pro Kurbelwellenumdrehung zu erhöhen, um eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen. Der Motor muss dann beim Anfahren allerdings mehr Kraft aufwenden um gleich schnell vom Fleck zu kommen wie der Motor mit der kurzen Übersetzung, deshalb wird die Beschleunigung im Vergleich zu einem kurzen Getriebe schlechter! Das ist auch der Grund, warum man es nur bei stark getunten Motoren machen sollte! Zu schwache Motoren haben nicht die Kraft um so eine lange Übersetzung zu beschleunigen und was noch öfter eintritt, ist dass die Motoren nicht die Kraft habe die längere Übersetzung voll auszudrehen, d.h. die Drehzahl sinkt, aber die Höchstgeschwindigkeit verbessert sich nur minimal oder gar nicht oder wird sogar noch schlechter!