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Schaltgetriebe

Glossar

Bezug zum Kraftfahrzeug

Drehzahl- und Drehmomentüber- / untersetzung
Motor, Antriebsstrang
Automatikgetriebe, Sequentielles Getriebe, Differential

 

Allgemeine Beschreibung

Schaltgetriebe im Kraftfahrzeugbereich meinen in der Regel ein Getriebe innerhalb des Antriebsstrangs, das die Möglichkeit zum Wechsel der Fahrstufe gibt. Somit sind alle Getriebearten an dieser Stelle als Schaltgetriebe zu bezeichnen. Allerdings soll in diesem Artikel auf die Funktion des manuellen Schaltgetriebes eingegangen werden; das vollautomatische und sequentielle Getriebe werden in den entsprechenden Artikeln behandelt.

Ein manuelles Schaltgetriebe im Kraftfahrzeugbereich wird zwischen Motor und Räder geschaltet, um Unzulänglichkeiten im Wirkungsbereich eines Motors zu kompensieren. Der elastische Bereich eines Verbrennungsmotors liegt von der Drehzahl aus gesehen im Bereich zwischen maximalen Drehmoment und maximaler Leistung. Im Optimalfall wird der Motor zum Antrieb des Fahrzeugs immer in diesem Bereich gehalten. Da bei steigender Geschwindigkeit zwangläufig die Drehzahl des Motors steigt, müssen Schnittstellen geschaffen werden, um die Drehzahl des Motors wieder in seinen Betriebsbereich zu bringen ohne die Räder dabei langsamer drehen zu lassen. Diese Aufgabe übernimmt das Getriebe durch die Wahl der Fahrstufen.


Manuelle Schaltgetriebe haben den Vorteil, dass sich jede Fahrstufe in nahezu jedem Betriebszustand einlegen lässt. Im Gegensatz dazu steht das sequentielle Getriebe, das nur ein Schalten in eine benachbarte Fahrstufe zulässt. Ein vollautomatisches Getriebe agiert in der Regel wie ein Sequentielles, kann aber durchaus auch Fahrstufen überspringen. Manuelle Schaltgetriebe haben den Vorteil eines relativ einfachen Aufbaus und relativ geringen Kosten in der Herstellung. Dem gegenüber stehen aber die Nachteile, dass sich hier nicht mehr als sechs Fahrstufen für die Vorwärtsfahrt unterbringen lassen, da ein Schalten bei mehr Fahrstufen recht schwierig und unübersichtlich wird. Daher können hier Überlegungen zur Kraftstoffersparnis mit noch mehr Gängen nicht mehr realisiert werden.

 

Funktionsbeschreibung

Die unten stehenden Schaubilder zeigen jeweils das gleiche Schaltgetriebe in schematischer Darstellung. Allen ist der Aufbau der Peripherie gleich. So befindet sich die Vorderachse und die Kupplung auf der linken Seite. Mittig ist das Differential zu erkennen, wobei dessen ausgleichende Wirkung hier vernachlässigt wird. Der übrige Teil des Bildes zeigt das Getriebe, wobei die Zahnräder die sich für die jeweilige Schaltstufe im Eingriff befindlichen sind.

Das kleine markierte Zahnrad des Differentials befindet sich am Ende der Ausgangswelle des Getriebes, das Große auf der Antriebswelle. Die Eingangswelle des Getriebes befindet sich mittig in den Bildern und trägt auf der linken Seite die Kupplung.
Jeweils auf An- und Abtriebswelle des Getriebes befinden sich nun verschieden große Zahnräder, die letzten Endes für die Kraftübertragung verantwortlich sind. Sie sind als sogenannte Los- und Festräder ausgelegt. Dies' ist abhängig von der Schaltbarkeit.

  • Losrad

    Losräder lassen sich auf der entsprechenden Welle frei drehen. Sie sind nicht kraftschlüssig mit der Welle verbunden. Eine kraftschlüssige Verbindung muss durch ein weiteres Element, einem Synchronring, hergestellt werden.
  • Festrad

    Festräder sind mit der entsprechenden Welle kraftschlüssig verbunden. Der Kraftschluss kann nicht aufgehoben werden.
  • Synchronring

    Synchronring sind auf der entsprechenden Welle kraftschlüssig angeordnet. Sie lassen sich mit Hilfe der Schaltgabeln axial verschieben. Durch das Profil können sie in das korrespondierende Profil eines Zahnrades eingreifen und so indirekt den Kraftschluss zwischen der Welle und einem Losrad herstellen.
    Die Synchronringe sind in den Schaubildern als bewegliche Elemente zu erkennen.

Im Folgenden werden die Zahnräder und Synchronringe von links nach rechts nummeriert bezeichnet (LR: Losrad; FR: Festrad; SR: Synchronring). Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes ungleichachsiges Getriebe, da die Antriebs- und Abtriebswelle nicht die Gleichen sind. Bei sogenannten gleichachsigen Getrieben laufen An- und Abtriebswelle auf der gleichen geometrischen Achse.

Die verschiedenen Schaltstufen

1. Gang

 

Z6LR und Z11LR im Eingriff, SR3 rechts
n Antrieb >> n Abtrieb
M Antrieb << M Abtrieb

2. Gang

 

Z3FR und Z10LR im Eingriff, SR3 links
n Antrieb > n Abtrieb
M Antrieb < M Abtrieb

3. Gang

 

Z2LR und Z9FR im Eingriff, SR1 rechts
n Antrieb > n Abtrieb
M Antrieb < M Abtrieb

4. Gang

 

Z1LR und Z8FR im Eingriff, SR1 links
n Antrieb = n Abtrieb
M Antrieb = M Abtrieb

5. Gang

 

Z7LR und Z12FR im Eingriff, SR2 rechts
n Antrieb < n Abtrieb
M Antrieb > M Abtrieb

Leerlauf

 

Kein Zahnrad im Eingriff, SR1-3 in Mittelstellung

 

Der vierte Gang ist bei diesem Getriebe hier als sogenannter direkter Gang ausgelegt. Das heisst, dass die beteiligten Zahnräder gleich groß sind. Im Umkehrschluss bedeutet das wiederum, dass Eingangsdrehzahl und -drehmoment gleich der Ausgangsdrehzahl und -drehmoment sind. Die Übersetzung hierbei ist i=1. Wird die Drehzahl heruntergesetzt und das Drehmoment gesteigert ist i>1, im umgekehrten Fall i<1. Im Pkw-Bereich sind Übersetzungen von 0,75<i<13 üblich. Hinzu kommt die feste Übersetzung des Differentials; überlicherweise liegt hier ein Wert von i∼3 vor.


Der hier nicht gezeigte Rückwärtsgang bedarf eines weiteren Zahnrades, dass die Drehung der Abtriebswelle umkehrt. Diese Aufgabe übernimmt das Zahnrad Z5, das zwischen An- und Abtriebswelle geschaltet ist. Die Übersetzung liegt hier ähnlich dem 1. Gang. Durch den zusätzlichen Bedarf eines weiteren Zahnrades ergibt sich in der Regel nicht die selbe Übersetzung.


Ein manuelles Schaltgetriebe steht immer im Zusammenspiel mit einer Kupplung. Diese ist notwendig, um die Antriebswelle des Getriebes von der Abtriebswelle des Motors zu trennen, d.h. den Kraftschluss aufzuheben. Getriebe dieser Bauart lassen sich erstmal nur im vom Antrieb getrennten Zustand schalten. Hier gibt es Ausnahmen. Ist das Getriebe vom Motor getrennt, existiert als feste Größe nur noch die Drehzahl und das Drehmoment der Antriebsräder. Wird von einer Fahrstufe in eine andere geschaltet, dreht sich zwangläufig die Abtriebswelle des Getriebes mit. Die Antriebswelle des Getriebes muss auf eine korrespondierende Drehzahl gebracht werden, um einen Eingriff des Synchronringes zu ermöglichen. Das Abbremsen der Wellen übernimmt der jeweilige Synchronring. Zunächst wird die Welle gebremst und wenn die Drehzahl angeglichen ist spurt der Synchronring ein und stellt eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Wellen her. Danach kann die Kupplung wieder eingesetzt werden.


In bestimmten Fällen kann auch ohne die Kupplungsbetätigung geschaltet werden. Hierzu muss beim Schalten von einer Fahrstufe in den Leerlauf das Getriebe lastfrei sein. Das bedeutet, dass Antriebs- und Abtriebsdrehmoment gleich groß sein müssen. Zum Einlegen einer Fahrstufe müssen beide Wellen die gleiche Drehzahl haben. Die Drehzahl der Abtriebswelle ist abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Drehzahl der Antriebswelle ist abhängig von der Motordrehzahl. Je nach der einzulegenden Fahrstufe variieren hier die einzurichtenden Drehzahlen des Motors.

Eine solche Fahrweise ermöglicht das Fortbewegen des Fahrzeugs bei defekten Baugruppen, sollte allerdings nur in Notfällen und bei einem gewissen Maß an Übung durchgeführt werden. Lassen sich Fahrstufen schwer einlegen oder sogar nur unter merklicher Geräuschentwicklung sind immer mindestens ein Synchronring betroffen und übermäßig stark belastet.

 
 
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