nieuws

Vraag van de maand: Duwband of ketting?

Techniek 3587

“Toen ik het artikel over de Bosch-duwbanden uit Tilburg in AMT 6 las, vroeg ik mij af waarom er nog steeds CVT’s zijn met een ketting in plaats van een duwband. In een trainingsvideo op YouTube, over de Lineartronic-CVT van Subaru, vond ik de antwoorden: 1: Met een ketting kan de radius van de pulleys kleiner zijn dus blijft de variator compacter. 2: Er is minder slip tussen ketting en pulley dus is het rendement beter. Kloppen die argumenten?”

Vraag van de maand: Duwband of ketting?
Bij Subaru staan boxermotor en transmissie in de lengte. De CVT moet dus in de transmissietunnel passen. Daardoor is de hoogte van de variator bij Subaru dominant in het ontwerp.

Duwband of ketting? Goede vraag! En bijzonder dat de YouTube-video (zie hieronder) die Yunus bedoelt, nou juist van Subaru is. Met de duwband voor de Justy was Subaru in de jaren 80 immers de eerste grote klant van Bosch Transmission Technology (toen nog VDT).

In de drie decennia daarna volgden tal van auto- en transmissiemerken dat voorbeeld. Zoveel zelfs dat het bedrijf in 2011 een tweede duwbandenfabriek in Vietnam opende en in 2015 een assemblagefabriek in Mexico. Alledrie de fabrieken samen leverden inmiddels al meer dan 50 miljoen duwbanden af. Maar Subaru stapte dus over op CVT’s met een ketting in plaats van een duwband.

Het gaat om de hoogte

In de trainingsvideo die Yunus Geerlings op YouTube vond, worden vanaf circa 1.10 minuten de argumenten voor het gebruik van een ketting genoemd: kleinere radius mogelijk, dus compactere variator en minder verlies.

Links het huidige Bosch DLB-duwbandontwerp. Dat bevat twee snarenpakketten. Als je zo’n duwband demonteert, moet je met twee tie-wrapjes voorkomen dat de beide snarenpakketten eruitvallen en dat je alle circa 450 schakeltjes weer geduldig moet monteren. Om die reden mogen tijdens bedrijf de snarenpakketten niet boven de poelies uitsteken. Met het nieuwe SLB-duwband-ontwerp (rechts) kan dat wel. Omdat de schakeltjes onder het platenpakket lager zijn kan die SLB bovendien dichter bij de as komen. Bij gelijke poeliegrootte biedt het nieuwe ontwerp zo een groter overbrengingsbereik.

Links het huidige Bosch DLB-duwbandontwerp. Dat bevat twee snarenpakketten. Als je zo’n duwband demonteert, moet je met twee tie-wrapjes voorkomen dat de beide snarenpakketten eruitvallen en dat je alle circa 450 schakeltjes weer geduldig moet monteren. Om die reden mogen tijdens bedrijf de snarenpakketten niet boven de poelies uitsteken. Met het nieuwe SLB-duwband-ontwerp (rechts) kan dat wel. Omdat de schakeltjes onder het platenpakket lager zijn kan die SLB bovendien dichter bij de as komen. Bij gelijke poeliegrootte biedt het nieuwe ontwerp zo een groter overbrengingsbereik.

We leggen de video voor aan vicepresident Han-Hein Spit van Bosch Transmission Technology in Tilburg, en vragen hem of die argumenten kloppen.

“De uitleg in het filmpje is in grote lijnen zeker goed”, antwoordt hij. “Maar ik zou toch graag een paar nuances maken.” Eerst over de keuze tussen duwband of ketting: “Er zijn een aantal dominante parameters waarop die keuze gemaakt wordt.

Ontwerpkeuzes

Die zijn: efficiency, kosten, powerdensity en Noise, vibration, and harshness (NVH). Daarnaast zijn er nog niet-technische argumenten, zoals voorkeur voor bepaalde leveranciers, of aanwezigheid in de regio.”

In het geval van de Subaru Lineartronic was de parameter ‘powerdensity’ dominant: “De CVT moest in de tunnelconsole passen. Met zijn boxer en 4WD heeft Subaru immers een noord-zuid-oriëntatie van hun powertrain. Praktisch alle andere toepassingen in de markt gebruiken een dwarsgeplaatste motor.

Daardoor is de hoogte van de variator bij Subaru dominant in het ontwerp. Die moet zo klein mogelijk zijn. De plattere geometrie van een ketting ten opzichte van onze DLB (Double Loopset Belt) heeft dan een voordeel, want die heeft minder grote pulleys nodig voor dezelfde ratio coverage.

Daarnaast kan de ketting ten opzichte van de DLB-duwband ook een kleinere loopstraal aan (lees: door een kleinere bocht), zodat met toepassing van een dunne as de ratio coverage, die door de powertrain set-up wordt belemmerd, toch zo groot mogelijk kan worden gemaakt.”

De nadelen voor lief

“Subaru heeft hier prioriteit aan gegeven, en bij andere kritieke prestatie-indicatoren (KPI) een teruggang geaccepteerd. Zo zijn er kettinggeleiders toegevoegd en is er vanwege NVH-redenen isolatie toegepast. Die kostenverhogende maatregelen zijn bij een duwband niet nodig.”

Wat is zuiniger: een voertuig met duwband-CVT (groene rondjes) of een voertuig met ketting-CVT (open rondjes)? Wat is zuiniger: een voertuig met duwband-CVT (groene rondjes) of een voertuig met ketting-CVT (open rondjes)?

“Bovendien moeten de pulleys harder in een ketting knijpen. Dat is nodig omdat er slechts pinnetjes contact hebben met de pulley, in plaats van een hele flank. Zonder die extra knijpkracht is de ketting daardoor gevoeliger voor slip. Maar die extra hydraulische kracht vraagt vermogen en dus accepteert Subaru een efficiëntievermindering.”

Overigens: “Met het design van onze toekomstige SLB-duwband (Single Loopset Belt) hebben we dit nadeel van de duwband weggewerkt. De SLB kan dichter bij de as lopen en een kleinere radius aan, zonder dat de elementen met elkaar in contact komen aan de onderkant. En hij kan een grotere radius aan omdat het snarenpakket boven de pulleys uit mag komen. Bij dezelfde pulleys levert dat een grotere ratio coverage (bereik) op”.0307

Efficiency tenietgedaan

In de Subaru-video op YouTube toont een grafiek (vanaf circa 1:32 minuten) de hogere variatorefficiency van de ketting boven die van de duwband. Vooral bij extreem hoge en extreem lage overbrengingsverhoudingen is het verschil groot. Bosch Transmission Technology doet vergelijkbare metingen, zegt Han-Hein Spit: “Maar wel bij een belangrijk bedrijfspunt in gebruikscycli. De strategie is dezelfde als in het plaatje in de film: duwband eruit (huidige 28 mm DLB zoals nu in de markt wordt gebruikt), moderne ketting erin, en geen rekening houden met compensatie voor het kleinere contactoppervlak van de ketting ten opzichte van de duwband. Hierin zie je dezelfde trend voor ketting en duwband als in het fimpje wordt getoond, alhoewel de lijnen ten opzichte van elkaar wel wat verschoven zijn. De SLB-voordelen door veranderd design en minder snaarwrijving op puur efficiency zijn ook duidelijk te meten”.

In de Subaru-video toont een grafiek (vanaf circa 1:32 minuten) de hogere variatorefficiency van de ketting boven die van de duwband. Vooral bij extreem hoge en extreem lage overbrengingsverhoudingen is het verschil groot. Bosch Transmission Technology doet vergelijkbare metingen, zegt Han-Hein Spit: “Maar wel bij een belangrijk bedrijfspunt in gebruikscycli. De strategie is dezelfde als in het plaatje in de film: duwband eruit (huidige 28 mm DLB zoals nu in de markt wordt gebruikt), moderne ketting erin, en geen rekening houden met compensatie voor het kleinere contactoppervlak van de ketting ten opzichte van de duwband. Hierin zie je dezelfde trend voor ketting en duwband als in het fimpje wordt getoond, alhoewel de lijnen ten opzichte van elkaar wel wat verschoven zijn. De SLB-voordelen door veranderd design en minder snaarwrijving op puur efficiency zijn ook duidelijk te meten”.

De tweede nuance, die Spit maakt, gaat over efficiency. “Door een hogere ratio coverage met de ketting, kun je efficiency in het systeem winnen.

Ook op variatorniveau heeft de toegepaste ketting voordelen ten opzichte van onze DLB, maar beide voordelen worden deels tenietgedaan door de benodigde hogere operationele knijpkrachten (die ook nadelig zijn voor de levensduur van ketting en pulleys) vanwege hogere slipgevoeligheid ten opzichte van de duwband, en de wrijving met de kettinggeleiders.

Subaru heeft hier toch gekozen voor de hogere ratio coverage, omdat dit een goed te ‘marketen’ parameter is nu automatische transmissies steeds meer ‘versnellingen’ krijgen.”

En dus: “Op systeem- of voertuigniveau is door genoemde effecten nauwelijks verschil te vinden tussen een CVT met ketting of een CVT met duwband”.

Eerlijk vergelijken

Spit geeft ook commentaar op het efficiencygrafiekje dat in de video te zien is. “Dit zouden realistische resultaten kunnen zijn, maar dan met een duwband van gedateerd design, waarschijnlijk ons 30/12 product van ongeveer vijftien jaar geleden.” En: “Het setpoint (koppel en toerental) is niet zo herkenbaar als een voor een toepassing realistisch punt, maar gaf waarschijnlijk de grootste verschillen tussen de duwband en de ketting”.

Hij legt uit: “Deze plaatjes worden vaak gemaakt met de set-up die we voor een DLB-duwband voorschrijven, op een bestaand pulley-en-variatorontwerp voor onze duwband. Hierin wordt dan de duwband uitgewisseld voor de ketting en zie je op componentniveau betere resultaten voor de ketting.

Voor de ketting zijn er echter voor realistisch gebruik in een voertuig aanpassingen nodig aan de pulley (bijvoorbeeld oppervlaktebehandeling) en grotere knijpkrachtinstellingen vanwege de kleine contactoppervlakken van de pinnen die alleen maar in contact zijn met de pulley. Over dat kleine oppervlak moet het hele vermogen worden overgebracht.

Deze aanpassingen consumeren alle voordelen van de ketting. Dat verklaart dat nog steeds het overgrote volume van CVT’s wordt uitgerust met een duwband en niet met een ketting. Behalve dus voor zeer specifieke ontwerpen zoals bij Subaru”.

Reageer op dit artikel
Lees voordat u gaat reageren de spelregels