Moderne Antriebstechnik: Studierende entwickeln innovatives stufenloses Getriebe
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Mirko Hanßen, Jost Sanders und Prof. Dr. Martin Maß. Die Studierenden nutzten ein gespendetes Fahrrad von Rose Bikes, um ihr Getriebe im Rahmen des Projekts zu testen. © WH/Tobias Seidl
Eine verbesserte Leistungseffizienz, nahtlose Beschleunigung sowie eine kompakte Bauweise zählen zu den Vorteilen stufenloser Getriebe, wie sie z. B. in Autos, aber auch in Maschinen zum Einsatz kommen. Die sogenannten CVT-Getriebe haben aber auch Nachteile. Zwei Bionik-Studierende der Westfälischen Hochschule in Bocholt haben nun im Rahmen eines Projekts das Prinzip des stufenlosen Getriebes weiterentwickelt. Unterstützung erhielten sie dabei vom Bocholter Unternehmen Rose Bikes.
Im fünften Semester ihres Bionik-Studiums am Fachbereich Maschinenbau haben sich die Studenten Mirko Hanßen und Jost Sanders, betreut von Prof. Dr. Martin Maß, mit der Optimierung eines stufenlosen Getriebes befasst. Das den herkömmlichen CVT-Getrieben (Continuously Variable Transmission) zugrundeliegende Prinzip ist nicht neu und kommt seit mehreren Jahrzehnten vorrangig in Fahrzeugen zum Einsatz. Nachteile liegen allerdings unter anderem in der hohen Wartungsintensität und einem höheren Verschleiß der Komponenten im Vergleich zu herkömmlichen Schaltgetrieben. Hinzu kommt eine deutliche Geräuschentwicklung.
Für die Entwicklung ihres Prototyps nutzten die Studenten ein von Rose Bikes gespendetes Fahrrad. Die Fertigung der Komponenten übernahm die Werkstatt des Fachbereichs. Zunächst entwickelten Mirko Hanßen und Jost Sanders Konstruktionszeichnungen, gefolgt vom Bau erster Modelle bis zur Integration des Getriebes am Rose-Modell.
Kern des innovativen Getriebes ist ein sogenannter verstellbarer Pin, der innerhalb des Antriebsmechanismus positioniert ist. Durch das Verändern der Position des Pins kann der Radius des Antriebs verändert werden. Dies führt zu einer Anpassung der Übersetzung. „Wenn der Pin weiter nach außen verschoben wird, erhöht sich der Radius und damit auch die Übersetzung, was zu einer höheren Geschwindigkeit bei geringerer Kraft führt. Umgekehrt verringert sich die Übersetzung, wenn der Pin näher an der Mitte positioniert wird, wodurch mehr Kraft bei niedrigerer Geschwindigkeit übertragen wird“, erklärt Mirko Hanßen das Prinzip. „Dies ist so ähnlich wie die Übersetzung bei einer herkömmlichen Gangschaltung am Fahrrad. Dort wird die Fahrradkette über die Schaltung auf ein größeres oder kleineres Zahnrad gelegt, nur eben mit mehr Bauteilen und höherem Aufwand.“ Zudem integrierten die Studierenden aus Bocholt und Mannheim eine verschleißfreie Kupplung, die ohne mechanische Reibung arbeitet. Das spart nicht nur Bauteile, sondern reduziert auch den Wartungsaufwand erheblich und verlängert die Lebensdauer.
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„Unser Getriebe bietet mehrere Vorteile, darunter eine höhere Effizienz, reduzierter Verschleiß, eine kompakte Bauweise, Geräuschreduktion und eine verschleißfreie Kupplung“, fasst Jost Sanders zusammen. „Wir haben noch Punkte, die angepasst werden müssten, aber die Vorteile unserer Entwicklung machen das neue Getriebesystem zu einer vielversprechenden Lösung für die Anforderungen moderner Antriebstechnik.“ Das Haupteinsatzgebiet eines solchen Getriebes sehen die Bocholter Studenten aber nicht im Bereich von Fahrrädern, sondern in der Verwendung für stationäre Maschinen.
Bei der abschließenden Projektpräsentation und Demonstration des Funktionsmusters konnten die beiden Studierenden auch ihre Professoren überzeugen und erhielten eine sehr gute Bewertung ihrer Arbeit.
