Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE -In 2008 vroeg hij patent aan voor zijn vinding: de Reversible Variable Transmission (RVT). Met zijn levensgezellin Caroline De Dijcker richtte hij in 2009 Mazaro op om de RVT -die een kwart brandstofwinst belooft en dito emissiereducties in vergelijking met een 6-trapsautomaat- verder te ontwikkelen. Over Vlaamse ingenieurs die (toch) de stap naar het ondernemerschap wagen...
Manuele -goedkope- en automatische -duurdere- transmissies of versnellingsbakken hebben hun beperkingen. Manuele vergen een correct schakelen door de chauffeur. Met zes versnellingen is dat nog haalbaar. Met twaalf zou dat al heel wat moeilijker zijn en zou de bak zelf ook heel duur worden.
Een automaat, die zelf zorgt voor het schakelen, is dan weer duurder en verbruikt ook iets meer. Wil je de motor optimaal benutten, dan heb je meer dan zes versnellingen nodig. Een dubbele koppelingstransmissie is efficiënter maar heeft nog steeds ‘vaste’ versnellingen.
Continu variabele versnellingsbakken (CVT) komen tot nu toe in twee versies. De versie met een duwband heeft het voordeel dat hij variabel is maar haalt wel een lager rendement dan klassieke automaten. De tweede versie gebruikt een toroïdaal systeem van wielen die over elkaar rollen. Dat zorgt voor zo’n 10 à 15% rendementswinst.
«Maar ze kennen een zogenaamd ‘boorverlies’. Ze vertonen ‘slip’ wat resulteert in warmteopwekking en dus energieverlies», zegt ir. Filip De Mazière, directeur bij Mazaro in Destelbergen.
«Die slip-problemen treden bij de RVT niet op. Door de zeer lange verhoudingen kan de motor ook over een veel groter gebied op zijn beste verbruikscurve draaien: van -0,26 over 0 tot +2,4. De overbrengingsverhouding kunnen we naar 0 en zelfs negatief halen, zonder daarbij een slippende koppeling nodig te hebben.»
Er is geen ontkoppelingspedaal/mechanisme. «Terwijl de motor blijft draaien kan het voertuig zelfs ‘stilstaan’ op een helling zonder dat je de rem aantrekt. Zonder slippen. Zonder verhitten.»
Terwijl versnellingsbakken op de markt allemaal een verhouding hebben waarbij de eerste versnelling minder biedt dan de motor eigenlijk presteert -de motor slipt door voor hij de eerste versnelling bereikt- heeft de RVT een uitgangssnelheid van 0 en loopt die langzaam op. Bij het veranderen van verhouding behoudt deze transmissie het koppel, zonder tractieverlies.
«De idee is dat de motor steeds op zijn beste rendement draait. Dat levert een winst van gemiddeld 25 % brandstof in vergelijking met een 6-traps automaat.» Andere voordelen? Mazaro’s RVT heeft geen tandwielen, geen koppelingsplaten of sletige componenten. Er wordt geen olie met lucht vermengd. Er wordt dus ook minder lawaai geproduceerd. Omdat de motor in de meeste gevallen aan een lager toerental draait, maakt ook die minder lawaai. De eenvoudiger constructie maakt een robuust design mogelijk. De RVT functioneert met een beperkt aantal sensoren en solenoïden, gevoelige onderdelen die nog al eens voor problemen kunnen zorgen. De volledige transmissie (excl. pompen) bevat slechts 37 niet standaard-onderdelen. «De RVT is zo efficiënt dat dezelfde prestaties met een kleinere motor gehaald worden.»
Uitgepuurde design
«Het huidige design van de RVT is geoptimaliseerd voor autotoepassingen», zegt De Mazière. Hij wijst op een grafiek van optimaal verbruik.
«De verhoudingen van de transmissie zijn zo gekozen dat de motor steeds op zijn zuinigste verbruikscurve draait.» De as van de motoruitgang stuurt een primair ringwiel aan waarop drie primaire planeetwielen lopen. De planeetwielen draaien zowel mee met de horizontale (aandrijf)as als rond hun eigen as. Onder de veranderbare druk van de ringwielen en de hydraulisch gestuurde zuiger gekoppeld aan de as kunnen ze onder verschillende hoeken neigen wat zorgt voor het veranderen van versnelling. Zij zetten het primaire zonnewiel/secundair ringwiel in tegengestelde richting aan het draaien. Hierop lopen drie secundaire planeetwielen die op hun beurt het secundair zonnewiel, dat verbonden is aan de uitgang, aandrijven.
De maatvoering van de verschillende wielen is heel specifiek gekozen. De tractiewielen van de RVT rollen over elkaar als waren het ‘kegels’ maar de loopvlakken van de tractiewielen hebben -in tegenstelling tot een kegel- een bijzondere, niet-vlakke vorm. De vormgeving van elk punt op die loopvlakken is gebaseerd op een denkbeeldige kegel, maar die verschilt voor elk punt. Trekt men de raaklijn of tangens van de tractiewielen door dan vallen hun toppen steeds samen. «Op elk contactpunt is de omtreksnelheid van de planeetwielen en de tractiewielen gelijk aan mekaar», zegt De Mazière.
Dit is dan ook de gepatenteerde vernieuwing die de RVT uniek maakt. De contactvlakken zorgen onder elke hoek steeds voor een ‘puur’ rollen. De ‘microslip’ -een gevolg van de tractie- is steeds de theoretisch kleinst mogelijke. «In tegenstelling tot een toroïdaal systeem dat een aanzienlijke slip heeft -en dus ook onderhevig is aan de zogenaamde ‘drilling’- weten wij die slip te beperken tot 0,35% en werkt het hele contactoppervlak mee in het overbrengen van koppel.» Koppeloverbrenging in een RVT is doorgaans hoger dan 99,5%. Ter vergelijking: de efficiëntie van een overbrenging met een tandwielpaar ligt rond de 98 à 98,5%.
Er zijn 12 contactpunten - twee voor elk van de zes planetaire wielen - die vier keer na elkaar voor de overdracht van energie zorgen. Alles wat rolt, is in gehard staal. Daartussen loopt een speciale vloeistof met een hoge ‘afschuifsterkte. «Dat voorkomt direct metaalcontact en slijtage terwijl toch een hoge tractie wordt overgebracht. Tussen de wielen zit er steeds een olielaagje van een halve micron.»
Geoptimaliseerd voor verbrandingsmotoren
Mazaro’s RVT-prototype is 600 mm lang en weegt 65 kg. Het brengt zo’n 260 Newtonmeter ingangskoppel over. Dat is zo’n 150 pk ongeveer. «We gaan in de toekomst naar een mechanisch nog compacter design.» Eerst wil De Mazière op dit prototype de testen afronden. «We werken ondertussen aan een tweede versie die het dubbele aankan -300 pk- met dezelfde buitenafmetingen. Dat is iets voor 2014.»
Op een nieuwe vermogenstestbank meet hij ondertussen prestaties, rendement en levensduur van componenten na. Ook de aansturingssoftware wordt hierop ontwikkeld. Die bepaalt permanent het energie-efficiënte optimum en regelt de ‘verhouding’, m.a.w. de positie van de planeetwielen. Het aandrijven van de as die ze stuurt gebeurt hydraulisch. De gewenste positie wordt met een zuiger heel nauwkeurig bepaald. De software regelt de precieze druk op zuiger en variator.
«Een transmissie communiceert met de motor, reageert op het gaspedaal en andere zaken. Er zijn beveiligingen ingebouwd.» De voorbije maanden ging de aandacht vooral naar de software die nodig is voor de nieuwe testbank.
Het is er De Mazière in eerste instantie om te doen zijn RVT in te zetten voor verbrandingsmotoren. Wereldwijd zijn dit nog steeds de meest gebruikte motoren en dat zal jaren nog zo blijven. Door die zuiniger te maken, is de impact op brandstof- en emissiereductie dan ook het grootst.
Op zoek naar partners
De Mazière ontwikkelt al bijna een kwarteeuw transmissies. Eerst voor off-highway voertuigen -bij Dana in Brugge- en later voor automobiel -bij Hoerbiger Drivetrain Mechatronics in Loppem- dat in 2012 overgenomen werd door Tremec (Grupo Kuo). Zij leverden toen producten en software voor o.a. Ferrari California, Italia 458, AMG SLS en McLaren MP4-12C sportwagens.
«Door het innovatieve karakter van de RVT is er voor de werking in feite geen referentiekader. Bovendien spreken we over prestaties die niet iedereen gelooft. Vele hiervan zijn reeds aangetoond op de testbank en we menen die in 2015 ook te kunnen bevestigen met de testresultaten van een demo-voertuig.»
Voor de keuze van een demo-voertuig wordt in verschillende richtingen gekeken. “«We evalueren meerdere toepassingen en zijn in gesprek met geïnteresseerden. We spreken over automobiel maar zien ook mogelijkheden in stadsbussen en andere toepassingen met veel start-stops.» Hij wijst er op dat de verhouding of ratio van zijn RVT zo’n 60% langer is dan die van een 8-speed automaat. «In vergelijking met bestaande stadsbussen zijn de ratio’s tussen 41% en 75% langer.» De Mazière maakt zich sterk dat zijn RVT-transmissie bij vliegwieltoepassingen beter presteert dan klassieke systemen met slippende koppelingen die veel warmte ontwikkelen en beperkt zijn. «Onlangs simuleerden we voor een stadsbus een combinatie van een RVT met een vliegwiel. Met een RVT verhouding van 0 naar oneindig. Je kan bij het afremmen nagenoeg alle energie uit het voertuig in het vliegwiel sturen en die recupereren voor het optrekken. Dat betekent: wegrijden met een motor aan stationair toerental met nauwelijks uitstoot of lawaai. Daarmee alleen al zou je 45% brandstof kunnen besparen. Daarbovenop zijn er ook de voordelen van onze transmissie zelf, die in een stadsbus zo’n 18% efficiënter de energie van de motor overbrengt op de wielen.»
(foto's: LDS, Mazaro)
door Luc De Smet, Engineeringnet
Kader 1:
100.000 euro voor 2 patenten
Mazaro - een samentrekking van ‘Mazière’ en ‘Caroline’- dat in 2009 van start ging, telt vandaag drie mensen. De Mazière, die in 1987 als burgerlijk ingenieur Mechanica afstudeerde aan de Gentse Universiteit, startte deeltijds in het bedrijf. «Ik behield mijn job als bediende in 4/5 en deed er voor Mazaro nog een 4/5 bij.» Sinds een jaar zet hij nu alles in op Mazaro. Zeven op zeven. Inkomsten zijn er enkel uit de eigen investeringen en die van een derde aandeelhouder. «Onderweg zijn er al enkele honderdduizenden euro geïnvesteerd. De twee patenten alleen al kostten tot nog toe zo’n 100.000 euro.» Het ‘nieuwheidsonderzoek’ is op beide reeds uitgevoerd en één werd al gegund. Voor het tweede is het nog even afwachten.
Onderweg kon Mazaro al enkele keren rekenen op IWT-steun. «Zonder zou het moeilijk geweest zijn. De kosten van je prototype, je onderzoek worden gedeeltelijk gesubsidieerd maar bij een dergelijke ontwikkeling komt nog heel wat meer kijken waardoor de kosten snel oplopen.» Het business plan wil het bedrijf uiteindelijk naar een 15-tal ingenieurs en evenveel medewerkers in de montage trekken. «We plannen onze transmissie verder te ontwikkelen tot een productierijp product om vervolgens verschillende designs te maken voor meerdere toepassingen. We zoeken tegelijk klanten om concrete toepassingen op te starten.» Soms wordt heel specifieke research uitbesteed. Zo loopt er momenteel een tribologisch onderzoek bij een gespecialiseerd centrum in Duitsland. «Met hen bestuderen we hoe rollende contacten zich gedragen onder zeer hoge druk, al dan niet met een smeervloeistof.»
