CVT erklärt: Was ist ein Variator und wie funktioniert er?

Beim Durchblättern von Fahrzeugkatalogen oder technischen Datenblättern ist man schon sicher auf Formulierungen gestoßen wie „Das Fahrzeug ist mit einem stufenlosen Getriebe ausgestattet”. Was ein Schaltgetriebe ist, weiß jeder — und mit dem klassischen Automatikgetriebe haben sich die meisten Fahrer längst angefreundet. Doch ein Variator — auch bekannt als CVT (Continuously Variable Transmission, stufenloses Getriebe) — sorgt noch immer für fragende Blicke. Dabei ist er alles andere als eine neue Erfindung.

Eine kurze Geschichte des CVT-Getriebes

Eine Tatsache, die viele überrascht: Der Variator wurde weder von Honda noch von Toyota oder gar Mercedes-Benz erfunden. Das erste Patent für ein stufenloses Getriebe wurde Ende des 19. Jahrhunderts erteilt — und das ursprüngliche Konzept reicht sogar noch weiter zurück. Leonardo da Vinci skizzierte das Grundprinzip bereits im Jahr 1490.

Das erste praktisch eingesetzte Fahrzeug mit CVT-Getriebe erschien allerdings nicht in der Renaissance. Es sollten noch fünf weitere Jahrhunderte vergehen. In den 1950er-Jahren war DAF — eine niederländische Marke, die damals sowohl Lastkraftwagen als auch Personenkraftwagen herstellte — der erste Hersteller, der einen Variator in Serie einbaute. Volvo folgte mit einer eigenen Variante, und seitdem gewinnt die CVT-Technologie stetig an Bedeutung.

Was ist ein Variator? CVT vs. Automatikgetriebe

Vereinfacht gesagt ist ein Variator eine Art Automatikgetriebe — allerdings eines, das nach einem völlig anderen Prinzip funktioniert. Aus der Fahrerperspektive sieht ein CVT-Fahrzeug genauso aus wie eines mit einem konventionellen Automatikgetriebe:

Zwei Pedale — Gas und Bremse
Ein Wählhebel mit den bekannten Stellungen P, R, N, D
Kein Kupplungspedal, keine manuellen Gangwechsel erforderlich

Unter der Motorhaube sieht die Sache jedoch völlig anders aus. Ein herkömmliches Automatikgetriebe verfügt über eine feste Anzahl von Gängen — ersten, zweiten, dritten und so weiter. Ein CVT hingegen hat überhaupt keine festen Gänge. Stattdessen passt es das Übersetzungsverhältnis beim Beschleunigen und Verzögern kontinuierlich und stufenlos an. Das Ergebnis? Keine Rucke, keine Stöße, keine spürbaren Gangwechsel — nur ein gleichmäßiger, unterbrechungsfreier Kraftfluss.

Arten von CVT-Getrieben

Nicht alle Variatoren sind gleich aufgebaut. Es gibt mehrere gängige Konstruktionsprinzipien:

Keilriemen mit verstellbaren Kegelscheiben — die häufigste Bauart, die in der Mehrzahl der CVT-Fahrzeuge verbaut ist
Kettenwandler — wird von Audi eingesetzt und zeichnet sich durch hohen Wirkungsgrad und hohe Drehmomenttragfähigkeit aus
Toroidales CVT — eine seltenere, aber konstruktiv elegante Bauart, die Rollen zwischen torusförmigen Scheiben verwendet

Das Keilriemen-Kegelscheiben-System ist dasjenige, dem die meisten Fahrer begegnen — daher werfen wir einen genaueren Blick auf seine Funktionsweise.

Wie funktioniert ein Keilriemen-CVT? Eine einfache Erklärung

Man stelle sich zwei parallel liegende Bleistifte vor, die durch ein gespanntes Gummiband verbunden sind. Dreht man einen, dreht sich der andere mit gleicher Geschwindigkeit. Haben die Bleistifte nun unterschiedliche Durchmesser, zwingt eine Umdrehung des größeren den kleineren zu zwei Umdrehungen. Das ist das Grundprinzip des Keilriemen-Variators.

In einem echten CVT wird dies durch zwei verstellbare Kegelscheiben erreicht:

Jede Scheibe besteht aus zwei kegelförmigen Hälften, die sich mit den Spitzen gegenüberstehen
Ein keilförmiger Riemen läuft zwischen den Scheiben und greift mit seinen gerippten Flanken in die Kegel ein
Wenn die Kegelscheibenhälften auseinanderrücken, fällt der Riemen zur Mitte hin ab und läuft auf einem kleineren Radius
Wenn die Kegel zusammengedrückt werden, läuft der Riemen auf einem größeren Radius

Ein Hydrauliksystem (oder ein anderer Servomechanismus) bewegt beide Scheiben synchron — wenn eine sich öffnet, schließt sich die andere. Eine Scheibe sitzt auf der Antriebswelle (vom Motor), die andere auf der Abtriebswelle (zu den Rädern). Durch die kontinuierliche Variation des effektiven Durchmessers jeder Scheibe verändert das Getriebe sein Übersetzungsverhältnis über einen sehr weiten Bereich — stufenlos und unterbrechungsfrei.

Lediglich eine Einheit für den Rückwärtsgang wird noch benötigt — in der Regel ein einfacher Planetenradsatz — und das CVT-Getriebe ist vollständig einsatzbereit.

Welchen Riemen verwendet ein CVT?

Ein herkömmlicher Gummiriemen würde unter den Betriebsbedingungen eines CVT nach wenigen tausend Kilometern zerstört. Die in Variatoren verwendeten Riemen sind speziell entwickelte Bauteile. Es gibt zwei Hauptbauarten:

Stahl-Schubband — eine Anordnung aus geschichteten Stahlbändern, auf denen Hunderte von dünnen, trapezförmigen Stahllamellen aufgefädelt sind. Die Lamellen drücken gegeneinander, sodass das Band auch auf der Druckseite Kraft übertragen kann — etwas, das ein Gummiriemen schlicht nicht vermag
Stahlkette — eine breite, flache Kette, die die Kegelscheiben nicht über ihre Fläche, sondern über ihre Kanten berührt. Diese Bauart kommt in Audis CVT-Systemen zum Einsatz (vermarktet unter dem Namen Multitronic)

Audis Ketten-CVT verwendet eine spezielle Getriebeflüssigkeit, die unter dem extremen Druck an den Kontaktstellen ihre Viskosität verändert. Dadurch kann die Kette auch über eine sehr kleine Kontaktfläche erhebliche Kräfte mit minimalem Schlupf übertragen.

Wie fährt sich ein Auto mit CVT?

Das Fahrgefühl hängt davon ab, wie das Steuerungsprogramm des CVT abgestimmt ist. Das typische Verhalten bei starker Beschleunigung sieht jedoch so aus: Man tritt das Gaspedal durch, der Motor dreht in den Drehzahlbereich des maximalen Drehmoments hoch — und bleibt dort, während das Fahrzeug beschleunigt, bei gleichbleibendem, konstantem Klang.

Manche Fahrer empfinden das anfangs als ungewohnt. Der Motorklang steigt und fällt nicht wie bei einem gestuften Getriebe; stattdessen hält er eine konstante Tonlage, während das Auto schneller wird. Es wurde schon mit dem Brummen eines Staubsaugers verglichen — effektiv, aber anders als das, was die meisten Fahrer gewohnt sind.

Dennoch stimmen viele Hersteller ihre CVT-Getriebe so ab, dass sie das Feeling eines herkömmlichen Getriebes simulieren, mit progressiv ansteigender Drehzahl beim Beschleunigen. Manche Modelle gehen noch weiter und bieten:

Virtuelle Fahrstufen — in der Regel 6 oder 8 elektronisch definierte Übersetzungsstufen, zwischen denen das CVT hart schaltet und so ein klassisches Automatikgetriebe imitiert
Manueller Sequenzialmodus — ermöglicht dem Fahrer die Wahl virtueller Gänge über Schaltwippen oder einen Hebel
Automatisches Herunterschalten — beim Bergauffahren oder Verzögern wechselt das CVT selbstständig in ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten, unabhängig von der Gaspedalstellung

Audi A4 allroad quattro — ausgestattet mit Audis Ketten-CVT Multitronic

Vorteile eines CVT-Getriebes

Unendlich viele Übersetzungsstufen — der Motor arbeitet je nach Bedarf stets im effizientesten oder leistungsstärksten Drehzahlbereich
Sanfte Beschleunigung — keine Gangwechsel bedeutet keine Drehmomenunterbrechung und keine Rucke
Besserer Kraftstoffverbrauch — durch das Halten des Motors im optimalen Betriebsbereich kann das CVT den Verbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Automatikgetrieben senken
Starke Leistung bei niedrigen Geschwindigkeiten — besonders vorteilhaft im Stop-and-go-Stadtverkehr
Geringere Kosten als Premium-Automaten — CVT-Einheiten sind in der Regel kostengünstiger in der Herstellung als hochwertige Drehmomentwandler-Automatikgetriebe

Nachteile eines CVT-Getriebes

Leistungsgrenzen — herkömmliche CVTs wurden nicht für hochdrehmoment- und hochleistungsstarke Anwendungen ausgelegt, weshalb Sport- und große Luxusfahrzeuge traditionell bei konventionellen Getrieben geblieben sind
Höhere Wartungskosten — CVT-spezifische Getriebeflüssigkeit ist teurer als herkömmliches ATF, und der Riemenwechsel (alle 100.000–150.000 km) stellt einen zusätzlichen Serviceaufwand dar
Ungewohntes Fahrgefühl — das Beschleunigungsgefühl bei konstanter Motordrehzahl erfordert eine Eingewöhnungszeit
Ölwechselintervalle — die CVT-Flüssigkeit muss je nach Modell typischerweise alle 40.000–50.000 km gewechselt werden

Wie leistungsfähig kann ein CVT werden?

CVTs begannen ihr Leben in kleinen Stadtfahrzeugen — und lange Zeit blieben sie dort. Die mechanischen Anforderungen eines riemenbasierten Getriebes machten hohe Leistungsausbeuten zur Herausforderung. Doch die Ingenieurskunst hat seither erhebliche Fortschritte gemacht.

Audis Multitronic-Ketten-CVT, eingebaut in den A4 2.0 TFSI, bewältigt problemlos 200 PS. Nissan legte mit dem X-Tronic CVT im Murano noch eine Schippe drauf — einem vollwertigen Crossover mit einem 3,5-Liter-V6 mit 234 PS. Das sind längst keine Nischen- oder Niedrigleistungsanwendungen mehr.

CVT vs. Automatikgetriebe: Was ist besser?

Klassische Automatikgetriebe haben mit mehr Gängen zurückgeschlagen — 8-Gang-Einheiten sind bei vielen Ober- und Premiumklassefahrzeugen mittlerweile Standard, auf der Jagd nach der Effizienz- und Leistungsbalance, die CVTs von Haus aus bieten. Zehn- und Zwölfgang-Automaten sind in Nutzfahrzeugen und Sportfahrzeugen aufgetaucht.

Doch das CVT besitzt einen strukturellen Vorteil, den kein gestuftes Getriebe replizieren kann: Die Anzahl der Übersetzungsverhältnisse ist unendlich. Egal wie viele Gänge Ingenieure einem herkömmlichen Automatikgetriebe hinzufügen — zwischen jedem einzelnen wird immer eine Lücke bleiben. Das CVT kennt keine Lücken. Für den Alltagsbetrieb — Pendeln, Kraftstoffeffizienz, ruhiger Stadtverkehr — bleibt es eine der praktischsten und am meisten unterschätzten Getriebeoptionen auf dem Markt.