Getriebe: Warum fährt ein Auto schnell und langsam?

Getriebe: Warum fährt ein Auto schnell und langsam?

 

Verbrennungsmotoren geben ihre Leistung in einem begrenzten Drehzahlbereich ab. Da jedoch die Antriebskraft auf die Räder an verschiedene Fahrsituationen angepasst werden muss, ist ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Antriebsrädern erforderlich. Diese Aufgabe übernimmt das Getriebe.

 

 Handschaltgetriebe

 

Heute finden ausschließlich vollsynchronisierte Getriebe Anwendung, bei denen alle Zahnräder ständig im Eingriff sind. Die einzelnen Zahnradpaare sind so konstruiert, dass das eine Zahnrad drehfest mit der Vorgelegewelle verbunden ist, während das andere Rad auf der Hauptwelle lose drehen kann. Beim Schalten eines Ganges muss zwischen dem losen Rad und der Hauptwelle eine feste Verbindung hergestellt werden. Dazu werden Schaltelemente (im Einzelnen: Synchronring, Druckstück, Kupplungskörper, Synchronkörper, Schiebemuffe und Losrad) verwendet. Die Funktion dieser Synchronisierung zeigt Auswirkung auf:

 

∙ Leerlauf: Die Schiebemuffe ist in Mittellage und hat keine Verbindung zu dem Kupplungskörper, der mit dem Losrad verbunden ist. Das Losrad dreht sich frei.

 

∙ Gangschalten: Durch Verschieben der Schiebemuffe wird über das Druckstück der Synchronring gegen den Kupplungskörper gedrückt. Infolge der Drehzahldifferenz zwischen Synchronring und Kupplungskörper ist das Reibmoment an den Kegelreibflächen zwischen beiden größer als das Rückstellmoment der Zahnflanken. Die Schiebemuffe kann nicht weitergeschaltet werden, da die Zahnflanken des Synchronrings das Durchschalten sperren. Durch die Reibung wird jedoch der Kupplungskörper beschleunigt oder abgebremst bis Gleichlauf hergestellt ist.

 

∙ Schaltstellung: Sobald Synchronring und Kupplungskörper die gleiche Drehzahl haben, dreht die Schiebemuffe den Synchronring zurück. Die Schiebemuffe kann nun über die Verzahnung des Synchronrings hinweg in die Verzahnung des Kupplungskörpers geschoben werden.

 

 Automatikgetriebe

 

Bei Handschaltgetrieben muss der Fahrer das Schalten der Gänge sowie die Betätigung der Kupplung selbst übernehmen. Demgegenüber wählen Automatikgetriebe entsprechend der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit und Belastung weitgehend selbstständig das dafür vorgesehene Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Antriebsrädern und übernehmen gleichzeitig den Kupplungsvorgang. Ein Automatikgetriebe besteht aus zwei Hauptbauteilen: Drehmomentwandler und Planetengetriebe.

 

 Drehmomentenwandler

 

Bei Automatikgetrieben werden als Drehmomentwandler Strömungswandler eingesetzt, welche die Aufgabe der Anfahrkupplung und der ersten Fahrstufe übernehmen.

 

Analog zur Strömungskupplung wird das Öl im Pumpenrad auf einer Kreisbahn mitgenommen, sodass die dann auf das Öl wirkende Fliehkraft dieses nach außen in das Turbinenrad und weiter in das Leitrad drückt. Da aber die Schaufeln des Leitrades umgekehrt wie die der beiden anderen Räder gekrümmt sind, wird der aus dem Turbinenrad austretende Ölstrom an diesen Schaufeln stark umgelenkt, wodurch eine Rückwirkung auf das Turbinenrad stattfindet. Der Ölstrom versucht, das Leitrad in umgekehrter Richtung wie Pumpen- und Turbinenrad zu drehen. Das Leitrad ist jedoch durch den Einweg-Freilauf blockiert. Diese »Abstützung« des Ölstroms an dem blockierten Leitrad bewirkt eine Vergrößerung des an das Turbinenrad abgegebenen Drehmomentes auf das Zwei- bis Zweieinhalbfache des in das Pumpenrad geleiteten Antriebsmomentes, wobei sich gleichzeitig eine Reduzierung der Drehzahl des Turbinenrades gegenüber der Drehzahl des Pumpenrades ergibt.

 

Sobald Turbinen- und Pumpenrad etwa die gleiche Geschwindigkeit haben, gibt der Freilauf das Leitrad in Drehrichtung der anderen beiden Räder frei, wodurch es mit ihnen in gleicher Richtung mitdreht. Damit arbeitet der Drehmomentwandler bei Gleichlauf von An- und Abtriebswelle als Strömungskupplung (Trilok-Prinzip).

 

 Planetengetriebe

 

Vom Drehmomentwandler wird die Kraft weiter auf das Planetengetriebe übertragen: Um das zentrale Sonnenrad kreisen die Planetenräder, die wiederum von einem Hohlrad umspannt sind. Sämtliche Zahnräder sind ständig im Einsatz; das Schalten erfolgt über wahlweises Festhalten einzelner Zahnräder. Alle drei Wellen des Planetengetriebes können als Antriebswellen genutzt werden. Da jeweils eine der beiden noch »ungenutzten« Wellen festgehalten werden kann, und die letzte Welle zur Abtriebswelle wird, ergeben sich sechs Übersetzungsmöglichkeiten (»Gänge«). Dazu kommt die Verblockung des gesamten Getriebes, sodass die Drehzahl der Antriebswelle gleich der der Abtriebswelle ist (direkter Gang).