Fahrzeuggetriebe

Achtgang-Stufenautomatgetriebe der ZF Friedrichshafen vom Typ 8HP70.

Ein Fahrzeugschaltgetriebe eines LKW. Gut zu sehen die Schaltgabeln und die Synchronisationsringe

Ein Fahrzeuggetriebe (engl. vehicle transmission) ist das Getriebe im Antriebsstrang eines Fahrzeuges, das die Motordrehzahl auf die Antriebsdrehzahl übersetzt. Das Handschaltgetriebe ist als Verstell- bzw. als Wechselgetriebe ausgeführt. Das Getriebe ist bei Kraftfahrzeugen notwendig um die notwendige Drehzahl in allen Geschwindigkeitsbereichen dem Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen. Die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit wird durch die Motorleistung des Verbrennungsmotors bestimmt und nicht durch das Getriebe. ^[1]

Manuelle Betätigung

Schaltgetriebe

Bei einem Schaltgetriebe – auch Wechselgetriebe genannt – werden die Drehzahlübersetzungen durch die Zahnradpaare gebildet.^[2] Die häufigste Ausführung eines Handschaltgetriebes ist die des Stirnradgetriebes. Die Schaltung erfolgt hierbei durch die Schaltmechanik im Getriebe. Diese Mechanik im Getriebe ist wiederum über ein Gestänge oder Seilzug mit einem Schalthebel verbunden. Das Drehmoment wird auf die Getriebeeingangswelle von der Kupplung über ein Keilwellenprofil übertragen. Im folgenden wird die Vorgelegewelle über eine Stirnradverzahnung angetrieben. Die einzelnen Zahnräder für die Gangstufen 1-3 befinden sich auf dieser Vorgelegewelle. Am Ende im Getriebe verbaut ist die Getriebeausgangswelle angebracht. Jene ist koaxial zur Eingangswelle verbaut und wird von der Vorgelegewelle angetrieben. Um Kraftschluss zwischen der Getriebeeingangs- und Ausgangswelle herzustellen werden die einzelnen Zahnräder auf der Ausgangswelle mit einer Klauenkupplung gekoppelt. Jene Klauenkupplungen werden durch Schaltgabeln mechanisch betätigt um die die einzelnen Gangstufen zu erreichen. In der Regel sind die Gangräder schräg verzahnt,um die Geräuschentwicklung niedrig zu halten und größere Drehmomente übertragen zu können, sind hier ständig mehrere Zähne im Eingriff. Allerdings entstehen durch Schrägverzahnungen Axialkräfte, welche durch die Lagerung aufgenommen werden müssen. Für die Rückwärtsfahrt ist eine Drehrichtungsumkehr erforderlich. Dies wird durch ein weiteres Zahnrad realisiert.^[3] Der Gangwechsel erfordert eine Unterbrechung des Kraftflusses. Diese Unterbrechung wird durch eine Kupplung durchgeführt. Der Fahrer betätigt hierbei die Kupplung und führt einen Schaltvorgang (Gangwechsel) durch den Schalthebel und der damit verbunden Schaltmechanik im Getriebe durch. Das Schaltgetriebe ist auch heute noch die am häufigsten anzutreffende Getriebeart in Kraftfahrzeugen.^[4]

Funktionsweise

Die Beschreibung erfolgt hier am Beispiel eines Getriebes für Fahrzeuge mit Frontmotor und Hinterradantrieb.

In dem geschlossenen Getriebegehäuse verlaufen zwei Wellen: die Hauptwelle, die bildlich gesehen vom Eingang am Motorflansch bis zum Triebwellen-Ausgang führt und nach der ersten Zahnradstufe unterbrochen ist, sowie die Vorgelegewelle, die parallel zur Hauptwelle verläuft.

Von dem vorderen Teil der Hauptwelle ausgehend wird über das erste Zahnradpaar die Vorgelegewelle angetrieben. Durch Schalten der jeweiligen nachfolgenden Zahnradstufen wird das Drehmoment von der Vorgelegewelle auf den hinteren Teil der Hauptwelle geleitet und von dort weiter zum Abtrieb. Die einzelnen Zahnradpaare sind beim synchronisierten Getriebe ständig im Eingriff. Ein Zahnrad ist fest mit der Welle verbunden, beim anderen kann mit einer Schaltmuffe eine formschlüssige Verbindung mit der Welle geschaltet werden. In der Regel sitzen die Schaltmuffen an der Hauptwelle, sie können sich jedoch auch auf der Vorgelegewelle befinden. Durch Koppeln der beiden Teile der Hauptwelle wird der Abtrieb direkt angetrieben (direkter Gang), die Vorgelegewelle läuft in diesem Fall mit, ohne jedoch Drehmomente zu übertragen.

Die Gänge werden nun wie folgt geschaltet:

H-Schaltung

Befindet sich das Getriebe im Leerlauf, ist keines der Gangräder mit der Antriebswelle verbunden. Der Kraftschluss ist unterbrochen. Alle Zahnräder von Antriebswelle und Vorgelegewelle sind ständig im Eingriff, es wird jedoch keine Kraft übertragen.

Um einen Gang einzulegen, muss der Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe unterbrochen werden. Dazu dient die Kupplung. Die Hauptwelle kommt nach kurzer Zeit zum Stillstand.

Ein Dreh-Schiebe-Mechanismus sorgt nun dafür, dass durch die Bewegung des Ganghebels die Schaltklaue betätigt wird, die die für den gewählten Gang zuständige Schaltwelle mit der Schaltmuffe zwischen Gangrad und Vorgelegewelle schiebt. Vereinfacht dargestellt, wird durch eine Bewegung des Ganghebels durch die Leerlauf-Gasse eine Dreh-Bewegung der Schaltstange im Getriebe ausgelöst, die mit dem Schaltfinger jeweils einen Zugriff auf eine Schaltwelle bewirkt, welche durch die Schaltklaue in zwei Richtungen bewegt werden kann. Eine Schaltmuffe, die von der Klaue auf der Welle verschoben wird, ist also für jeweils zwei Gänge zuständig. Man könnte sagen, eine Vor-Rück-Bewegung des Schalthebels bewirkt eine Verschiebung der Klaue, und eine Rechts-Links-Bewegung verdreht die Schaltstange und wählt eine andere Schaltwelle aus. Daraus ergibt sich die H-förmige Anordnung in der Schaltkulisse. Ein Viergang-Getriebe hat drei Schaltwellen, zwei für die Vorwärtsgänge und eine für den Rückwärtsgang. Der Rückwärtsgang wird über eine dritte Getriebewelle geschaltet.

Durch das Schieben des Schalthebels (auch Schaltknüppel genannt) in die Gasse des gewählten Ganges wird also eine Schaltmuffe auf der Antriebswelle zwischen Gangrad und Triebrad geschoben. Das Gangrad ist fest mit der Welle verbunden und der Kraftschluss innerhalb des Getriebes hergestellt.

H-Schaltungen lassen eine freie Gangwahl zu (zumindest theoretisch): Es kann von jedem Gang in jeden anderen geschaltet werden (während des Betriebes sollte man dies aber beim Rückwärtsgang unterlassen).

Sequentielle Getriebe

Sequentielle Getriebe lassen sich nicht wahlfrei schalten, nur sequentiell: also 1-2-3-4-5 oder 5-4-3-2-1 usw.

Ein solches Getriebe kam in der ersten Generation des Smart Fortwo zum Einsatz.

Ein verbreitetes sequentielles Getriebe ist das Kegelzuggetriebe. Bei dieser Getriebebauart wird auf die Schaltklauen verzichtet, die Vorgelegewelle ist hohl gebohrt. Innerhalb der Vorgelegewelle ist an einer Stange ein Kegel befestigt. Dieser drückt durch Bohrungen in der Vorgelegewelle an den Gangrädern Kugeln nach außen, die für einen Kraftschluss zwischen Welle und Gangrad sorgen. Eine leicht abgewandelte Bauform ist das Ziehkeilgetriebe, in dem in einer genuteten Welle ein Ziehkeil beim Gangwechsel längs bewegt wird und das jeweilige Zahnrad mit Formschluss verriegelt. Beispiele: Getriebe der Mokicks und Kleinkrafträder von Zündapp, DKW und Simson.

Ein Beispiel für ein solches Kegelzuggetriebe ist ein Motorradgetriebe.

Synchronisation

Wird bei einem nicht synchronisierten Getriebe der Gangwechsel bei Drehzahldifferenz eingelegt, so muss die Differenz erst einmal angeglichen werden. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, stellt sich ein Rattern ein, welches bei unsynchronisierten Getrieben den Schaltvorgang begleitet. Ursache ist die als Vielzahnmuffe ausgeführte Schaltmuffe, die in den mit unterschiedlicher Drehzahl laufenden Kupplungskörper des Gangrades geschoben wird. So kam es früher auf die Geschicklichkeit des Fahrers an, wie geräuschvoll der Schaltvorgang ausgeführt wurde.

Um die Geräusche zu verhindern, gibt es zwei Techniken: Externe und interne Synchronisation. Bei der internen Synchronisation, die bei 'synchronisierten' Getrieben Anwendung findet, besorgt dies ein der Schaltmuffe vorgelagerter Synchronring. Der Synchronring besteht üblicherweise aus einem Grundkörper aus Messing, umgeformtem Stahlblech oder einem Stahl-Sinterwerkstoff. Er ist mit einer zusätzlichen speziellen Sinterreibschicht oder einer mittels Plasmaspritzen aufgebrachten Molybdänbeschichtung versehen. Carbonbeläge finden ebenfalls Verwendung. Diese Reibschichten wirken als Kegelkupplung und erzeugen Reibung zwischen Gangrad und Vorgelegewelle. Dies gleicht die Drehzahl an, bis die Schaltmuffe schließlich hineinrutschen kann. Dabei unterscheidet man zwischen einfacher Synchronisation und Zwangssynchronisation (auch Sperrsynchronisation), bei der die Schaltmuffe erst bei korrektem Gleichlauf einrückt.

Die externe Synchronisation ist bei unsynchronisierten Getrieben erforderlich. Bei alten Bauarten lag es in der Verantwortung des Fahrers, beide Enden des Kraftstranges anzugleichen. Die Anpassung war reine Gefühls- und Erfahrungssache. Vor dem Hochschalten wird im Leerlauf kurz eingekuppelt (Zwischenkuppeln), um die Antriebswelle (oder Vorgelegewelle) abzubremsen. Das ist notwendig, weil die Zahnräder des nächsten Ganges eine langsamere Umfangsgeschwindigkeit haben. Beim Runterschalten wird ebenfalls im Leerlauf eingekuppelt, aber dabei wird gefühlvoll Gas gegeben (Zwischengas). Die Zahnräder auf der Antriebswelle werden an die Umfangsgeschwindigkeit der Zahnräder des kleineren Ganges angepasst. Durch unsachgemäße Bedienung kann der Gang nicht oder nur schwer eingelegt werden. Das führt zwangsläufig zu Schäden an Zahnrädern (Schubradgetriebe) oder Schaltklauen (Schubklauengetriebe).

Ein Getriebe mit Sperrsynchronisation kann im Notfall auch ohne Kupplung geschaltet werden. Wenn die Kupplung nicht mehr funktionsfähig ist, wird mit eingelegtem erstem Gang der Motor gestartet. Will der Fahrer schalten, gibt er leichten Zug auf den Schalthebel, der daraufhin kurz nach dem "Gas-Wegnehmen" in "Neutral" springt. Nun wird gewartet, bis der Motor nach Gehör in etwa die Drehzahl des gewählten nächsten höheren Ganges hat, und dann wird leichter Druck auf den Schalthebel ausgeübt. Stimmt die Drehzahl, "rutscht" der Gang rein. Herunterschalten wird, ähnlich wie beim unsynchronisierten Getriebe, durch Gasgeben und Warten erreicht. An eine rote Ampel darf nur ganz langsam herangefahren werden, um ein Anhalten und damit einen Neustart zu vermeiden. Diese Vorgehensweise ist nur für erfahrene Fahrer im Notfall anwendbar, da die Synchronringe auf Dauer starkem Verschleiß unterliegen. Das Fahren ohne Kupplung, gilt auch nur im absoluten Notfall,denn die Gefahr ein Unfall zu verursachen, durch fehlen der Kupplungsbetätigung um das Fhrzeug rechtzeitig zum stehen zu bringen.

Neuere, zumeist automatisierte Getriebe oder sequentielle Getriebe im Rennsport werden synchronisiert, indem eine Elektronik die Motordrehzahl so angleicht, dass ein problemloses Einlegen des Ganges möglich ist.

Renn(sport)getriebe

Eine Sonderbauform der manuell betätigten Getriebe sind die Getriebe für Rennsportanwendungen, auch Rennsportgetriebe oder kurz Renngetriebe genannt. Bei diesen Getrieben wird auf Schaltmuffen verzichtet, die Gangräder sind gerade verzahnt und werden direkt auf einer verzahnten Vorgelegewelle verschoben und sind somit nicht mehr ständig im Eingriff. Dies ermöglicht bei gleichen Baumaßen eine höhere Belastbarkeit (größeres max. übertragbares Drehmoment), da Wellen stärker dimensioniert werden können (interessant bei Rallyefahrzeugen bzw. Fahrzeugen der Cup-Klasse), bzw. verringertes Gewicht (bei Touren- und Rennwagen). Allerdings sind solche Getriebe ohne Synchroneinrichtung nur mit Zwischengas zu schalten und erzeugen durch die gerade Verzahnung erhebliche Geräusche, besitzen dadurch aber einen höheren Wirkungsgrad.

Die aktuelle Entwicklung im Rennsport geht zu unterbrechungsfrei hochschaltenden Getrieben (durch den hohen Luftwiderstand und das geringe Gewicht büßen Rennwagen bei einem 'normalen' Gangwechsel 2-3 km/h ein). Dafür werden kurzzeitig zwei Gänge gleichzeitig eingelegt. Um einen Getriebeschaden zu vermeiden, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine ist die Verwendung von einem oder mehreren Freiläufen, so dass beim überschneidenden Hochschalten das schneller drehende Zahnrad des höheren Gangs das langsamer drehende Zahnrad des niedrigeren Gangs überholt. Der Freilauf verhindert hierbei, dass das Getriebe verspannt wird. Die andere Variante besteht darin, dass für kurze Zeit (einige Millisekunden) zwei Gänge gleichzeitig eingelegt sind. Um dies ohne Verspannungen zu ermöglichen, ist ein Verdrehspiel zwischen den Gangrädern und ihrer Welle erforderlich. Wenn der vorher eingelegte Gang nicht rechtzeitig herausgezogen wird, so kommt es zu einem Getriebeschaden. Bei Schaltvorgängen kommt es zu sehr starken Schaltstößen, deshalb sind derartige Bauarten für PKW ungeeignet.

Automatisierte Betätigung

Automatikschalthebel

Halbautomatische Getriebe und Getriebe mit Wandlerschaltkupplung

Eine Sonderform der Schaltgetriebe sind halbautomatische Getriebe, bei denen man nicht kuppeln muss, aber selbst schaltet. Beim Berühren des Schalthebels wird automatisch ausgekuppelt, wenn der nächste Gang eingelegt ist wieder eingekuppelt. Prinzipiell sind sie mechanische Getriebe mit einer automatisch betätigten Einscheibenkupplung oder Magnetpulverkupplung.

Bei Getrieben mit einer Wandlerschaltkupplung (WSK) wird ein konventionelles Schaltgetriebe mit einem Drehmomentwandler kombiniert, der sich zwischen Motor und Kupplung befindet, und ein vom konventionellen Automatikgetriebe her bekanntes komfortables, verschleißfreies Anfahren und Rangieren ermöglicht. Um den Gang zu wechseln, muss der Fahrer wie bei einem normalen Schaltgetriebe die konventionelle Kupplung betätigen, um den Kraftfluss zu unterbrechen und auch manuell schalten. Heute wird diese Bauart vor allem bei Schwerlast-LKW eingesetzt.

Bei einigen Fahrzeugen wurden auch beide Konzepte (halbautomatische Getriebe + WSK) kombiniert.

Beispiele für Fahrzeuge mit halbautomatischen Getrieben oder mit WSK sind der im Ford 17M, dem VW Käfer und Karmann Ghia, dem DKW F 11/12 u. AU 1000 und Opel Rekord („Olymat“) verbaute Saxomat, ferner die bei Renault 4CV und Dauphine auf Wunsch lieferbare Ferlec-Kupplung, die WSK mit zusätzlich automatisierter Kupplung beim Mercedes 219/220 S/220 SE („Hydrak“), VW Käfer, Porsche 911 („Sportomatic“), NSU Ro 80 (serienmäßig), Citroën DS und Renault Frégate („Transfluide“) oder die in neuerer Zeit im Citroën CX erhältliche C-Matic. Für den Trabant gab es unter der Bezeichnung Hycomat ein halbautomatisches Getriebe.

Seit den frühen 1990er Jahren gibt es auch verlustfrei arbeitende Halbautomatikgetriebe mit automatischem Kupplungssystem, bei denen von Hand geschaltet und die herkömmliche Scheibenkupplung elektronisch-hydraulisch betätigt wird, z. B. beim Renault Twingo „Easy“, der Mercedes-Benz A-Klasse W168 mit Automatischem Kupplungssystem (AKS) und Saab.

Automatisierte Schaltgetriebe

Automatisierte Schaltgetriebe im englischen auch als Automated Manual Transmission [AMT] bekannt, ermöglichen die Kombination von erhöhtem Fahrkomfort durch benutzerfreundliche Getriebesteuerung, sowie der Wirtschaftlichkeit durch Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und Emissionswerte, aufgrund speziell abgestimmter Fahrprogramme der Getriebesteuerung. ^[5] Aus diesem Grund kam z. B. im 3-Liter Lupo von Volkswagen ein automatisiertes Schaltgetriebe zum Einsatz.

Klassisches, automatisiertes Schaltgetriebe

Ein automatisiertes Schaltgetriebe, auch automatisches Schaltgetriebe genannt, ist ein herkömmliches Schaltgetriebe erweitert um automatisierte Schaltkomponenten. ^[6] Der grundsätzliche Unterschied zu einem Schaltgetriebe besteht darin, dass der Gangwechsel nicht durch den Fahrer durchgeführt wird, sondern durch die hydraulisch betätigten Zylinder sowie der elektrischen Stellmotoren der sogenannten Aktuatorik. Während des Gangwechsels trennt der angesteuerte Kupplungsaktuator die Zugkraft, anschließend wird durch die im Getriebesteuergerät hinterlegte Getriebelogik der berechnete Gangwechsel vom Fahrer an die Schaltaktuatorik des Getriebes weitergeleitet und das Getriebe schaltet je nach Fahrerwunsch in den nächsthöheren oder -niedrigeren Gang. ^[7]

Die Schaltvorgänge beim automatisierten Schaltgetriebe werden automatisch vom Getriebe durch das im Steuergerät hinterlegte Schaltprogramm durchgeführt oder es besteht die Möglichkeit durch den Wählhebel in der Mittelkonsole oder den Paddels am Lenkrad selbst durch das Antippen der Paddels nach vorne um den nächsthöheren oder zurück um in den nächstniedrigeren Gang zu schalten. Durch das vorhandene Schaltprogramm ist eine Vermeidung von Schaltfehlern gewährleistet.^[8] Ein Überspringen von Gängen ist in der Regel nur bedingt möglich. Derartige Schaltvorgänge werden von der Elektronik nur ausgeführt, wenn der Motor dabei innerhalb eines zulässigen Drehzahlbereichs bleibt.

Bei LKWs, besonders für den Fernverkehr, kommen seit Mitte der 1980er Jahre solche automatisierten Getriebe zum Einsatz, bei denen der Fahrer den entsprechenden Gang vorwählt und die elektronische Steuerung des Getriebes über elektro-pneumatische Schaltzylinder das Getriebe schaltet. Bei der klassischen EPS von Mercedes-Benz beispielsweise, wählt der Fahrer beispielsweise den „6. Gang/niedrig“ aus und betätigt das Kupplungspedal. Dadurch wird die Steuerelektronik aktiviert und prüft, ob der Schaltvorgang aufgrund der jeweiligen Motordrehzahlen auch ausgeführt werden kann. Ist dies der Fall, so schaltet die Steuerelektronik über die pneumatischen Schaltzylinder dann in den entsprechenden Gang. Verweigert sie den Schaltvorgang, weil der Motor zu überdrehen droht, wird dies dem Fahrer durch einen Warnton angezeigt. In der Regel schaltet das Getriebe dann in den Leerlauf.

Neuere Systeme im LKW oder Reisebus schalten auch vollautomatisiert, ein Kupplungspedal fehlt oder kann für Notfälle ausgeklappt werden. Standardmäßig sind moderne LKWs mit einem 8-Gang-Getriebe ausgestattet. Basis von LKW-Getrieben ist in der Regel ein 4-Gang-Schaltgetriebe, das mit einer Vorschalt-Gruppe und einer Range-Gruppe erweitert werden kann, sodass 16 Gangstufen zur Verfügung stehen.

Ein Vorteil dieser Getriebeart ist die Vereinigung des geringeren Kraftstoffverbrauchs einer herkömmlichen Schaltung mit der Bequemlichkeit einer automatischen Schaltung, wobei oftmals zusätzlich noch die volle Freiheit der Gangwahl erhalten bleibt. Zudem ist es – wie beim vollautomatischen Getriebe – nahezu ausgeschlossen, dass der Motor „abgewürgt“ wird, da die Kupplung bei zu niedrigen Drehzahlen oder einer Vollbremsung automatisch geöffnet wird.

Kritisiert wird in Testberichten häufig die als störend empfundene Zugkraftunterbrechung bei Schaltvorgängen (insbesondere bei starker Beschleunigung). Bei Wandler-Automatikgetrieben gibt es hingegen prinzipbedingt beim Schaltvorgang keine Zugkraftunterbrechung.

Die ersten in Großserienfahrzeugen eingesetzten automatisierten Schaltgetriebe waren mit hydraulischer Aktuatorik 1997 der BMW M3, bei dem das vorhandene klassische Schaltgetriebe mittels Hydraulik zum automatisierten Getriebe aufgerüstet wurde und 1998 der Smart Fortwo, der als erstes Fahrzeug ein elektromotorisch betätigtes automatisiertes Schaltgetriebe bekam. Die Besonderheit beim Smart war, dass sein Getriebe ausschließlich automatisiert angeboten wurde und es keine manuell betätigte Variante gibt. Beide Getriebe wurden von der Getrag entwickelt.

Besonders in Kleinwagen, bei denen ein geringer Verbrauch erreicht werden soll, sind automatisierte Schaltgetriebe eine beliebte Ausstattungsvariante, so unter anderem im Audi A2 1.2 TDI, Opel Corsa, Smart oder VW Lupo 3L.

Automatisierte Schaltgetriebe werden von diversen Fahrzeugherstellern mit verschiedenen Markenbezeichnungen angeboten:

• Alfa Romeo: Selespeed
• Audi: R tronic
• BMW: SMG
• Citroën: SensoDrive bzw. EGS
• Fiat: Dualogic
• Ford: Durashift-EST (Electronic Shift Technology)
• Honda: i-Shift
• Lamborghini: e-Gear
• Lancia: DFN (Dolce Far Niente)
• Mercedes-Benz: Sprintshift
• Opel: Easytronic
• Peugeot: 2-Tronic, EGS6
• Renault: Quickshift
• Smart : Softtip + Softtouch
• Toyota: MMT (MultiMode-Getriebe)
• Mitsubishi: Allshift

Doppelkupplungsgetriebe

Eine relativ neue Variante des automatischen Schaltgetriebes ist das Doppelkupplungsgetriebe (bekannter als "Direktschaltgetriebe" oder "DSG", englisch: Direct Shift Gearbox). Dieses besteht aus zwei automatisierten Teilgetrieben mit jeweils einer dazugehörigen Kupplung. Ein Teilgetriebe trägt die geraden Gänge, das andere die ungeraden Gänge und den Rückwärtsgang. Vor dem Schalten wird zunächst im lastfreien Zweig der zu schaltende Gang eingelegt. Dann wird die Kupplung des lastfreien Ganges geschlossen und die des anderen Ganges gleichzeitig geöffnet. Dadurch kann ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet werden, die für den Gangwechsel benötigte Zeit hängt nur von der Schaltgeschwindigkeit der Kupplungen ab. Ohne Zugkraftunterbrechung kann nur von einem geraden in einen ungeraden Gang und umgekehrt geschaltet werden.

Aufgrund der zugkraftunterbrechungsfreien Schaltungen sind DSGs eine Konkurrenz zu herkömmlichen Automaten mit Wandler und Planetengetriebe. Als Vorteile der DSG-Technologie gelten höhere Drehzahlfestigkeit, besserer Wirkungsgrad (Verbrauch und Emissionswerte), spontaneres Ansprechen und günstigere Bauraumverhältnisse bei quer eingebauten Motoren ^[9].

Volkswagen und Audi waren die Vorreiter beim Einsatz dieser Technologie in der Großserie und konnten sich hiermit einen technologischen Vorsprung am Markt erarbeiten. Seit 2002 ist ein Doppelkupplungsgetriebe in der Golf- und Passatklasse im Serieneinsatz (6-Gang, Zulieferer für die nasslaufende Kupplung ist BorgWarner). Die VW interne Bezeichnung lautet DQ250 (für Doppelkupplung - Quereinbau - 250 Nm, wobei es 320 Nm übertragen kann).

In den folgenden Jahren kam ein 7 Gang DSG mit der internen Bezeichnung DQ200 (Polo und kleine Golfklasse) von VW heraus. Hierfür liefert LuK eine Trockenkupplung.

Im Jahr 2009 kam das erste speziell für Audi entwickelte DSG mit der Bezeichnung DL501 mit dem Audi Q5 auf dem Markt. Bei diesem Getriebe kommt wieder eine nasslaufende Kupplung von BorgWarner zum Einsatz. DL501 steht für Doppelkupplung - Längseinbau - 500 Nm und kommt in den Modellen A4, A5, A6 nach und nach zum Einsatz.

Zuletzt folgte im Herbst 2009 das DQ500 (7 Gang DKG) für den VW-Bus T5; es wird seit Juni 2010 auch für den Tiguan angeboten. Die nasslaufende Kupplung wird vom VW Werk Kassel entwickelt und hergestellt, womit erstmals eine von VW eigenentwickelte Kupplung zum Einsatz kommt.

Alle Varianten (DQ200, DQ250, DQ500 und DL501) werden im Volkswagenwerk Kassel gefertigt.

Seit Juli 2008 bietet Porsche für den neuen 911 das 7-Gang-PDK von ZF an. Für den Boxster und den Cayman ist es ebenfalls auf Bestellung erhältlich. Seit September 2009 gibt es das PDK auch für den Panamera und seit Oktober 2009 für den Turbo. Für den BMW M3 ist seit März 2008 ein Doppelkupplungsgetriebe mit sieben Vorwärtsgängen von Getrag erhältlich. Ford, Mitsubishi, Ferrari und Volvo haben seit 2008 ebenfalls Modelle mit Doppelkupplungsgetrieben von Getrag im Angebot. Erstmals wird ab Sommer 2010 ein DKG in einem Serienmotorrad der Marke Honda (VFR 1200) verbaut.

Wandler-Automatikgetriebe

ZF 6HP26 6-Gang-Automatikgetriebe für Leistungen bis 320 kW. Getriebeeingang (Motorseite) ist links am Wandler (gelb).

Ein Wandler-Automatikgetriebe unterscheidet sich im Aufbau von einem Schaltgetriebe dadurch, dass es sich aus einer unterschiedlichen Anzahl und Kombination von Planetengetrieben (siehe auch Lepelletier (6+ Gänge), Wilsonsatz (5 Gänge), Ravigneauxsatz (4 Gänge), Simpsonsatz (3 Gänge)) zusammensetzt. Anders als beim Doppelkupplungsgetriebe sind keine zusätzlichen Synchronisationselemente erforderlich, alle Schalt- und Kupplungsvorgänge erfolgen mit Lamellenkupplungen, Lamellenbremsen, Freiläufen oder mit Bremsbändern. In Ausnahmefällen wird bei Automatikgetrieben auch auf Planetenradsätze verzichtet, so z. B. bei den Hondamatic-Getrieben und beim Automatikgetriebe der Mercedes-Benz A-Klasse (W168). Der Aufbau solcher Getriebe ähnelt sehr dem eines Schaltgetriebes. Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal ist, das statt Synchronisierungen und Schaltmuffen für jeden Gang des Automatikgetriebes mit einer eigenen Lamellenkupplung aufgebaut ist.^[10]

Der Aufbau der kraftschlüssigen Verbindung jener einzelnen Planetensätze mit der Ein- und Ausgangswelle wird mittels einer Lamellenkupplung realisiert. Bei einem Automatikgetriebe wird durch ein erstelltes Fahr- und Schaltprogramm der Fahrbetrieb durch das Steuergerät vorgegeben.^[11] Die Steuerung des Getriebes erfolgte bis Ende der 1980er Jahre hydraulisch. In der heutigen Zeit (2008) erfolgt die Steuerung elektronisch und die Betätigung der eigentlichen Schaltelemente (Schaltkupplungen) elektrohydraulisch. Automatikgetriebe verwenden in der Regel einen Drehmomentwandler als Anfahrelement. Um den im Drehmomentwandler auftretenden Schlupf und den damit einhergehenden Wirkungsgradverlust zu verringern, werden heutige Wandler-Automatikgetriebe häufig mit einer Wandler-Überbrückungskupplung ausgerüstet, die nach dem Anfahren bzw. Wechsel der Fahrstufen einen direkten mechanischen Kraftschluß ermöglicht.

Wirkungsgrad und Steuerung

Im Drehmomentwandler wird in Form von Reibungswärme ein Teil der Motorleistung des erzeugten Schlupfes an das Öl abgegeben. Des Weiteren wird für die Erzeugung des Hydraulikdrucks durch die Öldruckpumpe Energie benötigt. Durch die im eingelegten Gang nicht benötigten leer mitlaufenden Lamellenkupplungen werden zusätzliche Schleppverluste erzeugt, da die Kupplungen geöffnet sind.^[12] Durch diese Schleppverluste ist der Treibstoffverbrauch im Vergleich zu einem mit Schaltgetriebe ausgestatteten und ansonsten gleichen Fahrzeug höher. Moderne Automatikgetriebe bieten eine mechanische Wandlerüberbrückung schon ab dem ersten Gang, um diesen Mehrverbrauch an Kraftstoff zu reduzieren. Weitere Verbrauchsreduzierung ermöglicht die Standabkopplung, die das Getriebe bei Fahrzeugstillstand und betätigter Betriebsbremse in den Leerlauf schaltet und damit die Schleppverluste über den Wandler verhindert. Die Verbrauchsnachteile der Automatik zeigen sich in der Regel beim Normverbrauch - im Gegensatz zu den im normalen Straßenverkehr auftretenden Verbräuchen - kaum noch, da die Schaltpunkte auf die genormten Zyklen angepasst werden.

Wandler-Automatikgetriebe unterscheiden sich von automatisierten Schaltgetrieben (Ausnahme: Doppelkupplungsgetriebe) durch einen zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang für den Fahrer aus. Ein Gangwechsel erfolgt durch Abschalten eines Schaltelementes und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelementes für den nächsthöheren oder -niedrigeren Gang. Das zweite Schaltelement übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten, bis am Ende des Gangwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement übernommen wird. Die Zeitspanne für diesen Schleifvorgang bewegt sich im zwei- bis dreistelligen Millisekundenbereich. Seit Einführung elektronischer Getriebesteuerungen Ende der 1980er Jahre wird, um das Getriebe vor Überlastung zu schützen und/oder eine bessere Schaltqualität zu erreichen, ein „Torque-down“-Request an das Motorsteuergerät übermittelt. Seit Ende der 1990er Jahre erfolgt dies auch über den CAN-Bus. Das veranlasst die Motorsteuerung, das Antriebsmoment für die Dauer des Schaltvorgangs zu reduzieren. Ein weiteres Mittel um die Schaltqualität zu erhöhen ist, die Wandlerkupplung bei bestimmten Schaltsituationen zu öffnen. Die Gangwechsel zwischen den bis zu 8 Übersetzungsstufen erfolgen sehr weich. Dass der Kraftfluss konstruktionsbedingt nicht vollständig unterbrochen wird, führt auch zum bekannten „Kriechen“ von Fahrzeugen mit gekuppeltem Automatikgetriebe (solange es sich nicht im Leerlauf befindet). Dieser Umstand kann beim Rangieren sehr vorteilhaft sein.

Mit der elektronischen Regelung z. B. mit der EGS werden auch weitere Effekte erzielt: Bei niedrigen Gängen ist es inzwischen üblich, das Drehmoment des Motors zu begrenzen. Dadurch können die Kupplungen im Automatikgetriebe kleiner ausgelegt werden und der restliche Antriebsstrang muss für ein geringeres Drehmoment ausgelegt werden, was diesen leichter und preiswerter macht. Wenn gleichzeitig die Bremse und das Gaspedal getreten werden verhindert die Steuerung, dass der Motor den Antriebsstrang verspannt, überlastet und den Wandler überhitzt. Beim Kick-down wird zusammen mit der ASR der Radschlupf kontrolliert. Beim Durchdrehen eines Rades erfolgt die Regelung durch einen Bremseneingriff. Drehen alle angetriebenen Räder durch, wird die Motorleistung begrenzt.

Die Kickdown-Funktion ist schon bei frühen Wandler-Automatikgetrieben mit rein hydraulischer Regelung zu finden. Über das bloße Vollgas hinaus wird dabei mittels Betätigung des Kickdownschalters am Anschlag des Gaspedals ein Signal an die Steuerung des Automatikgetriebes gesandt. Die Automatik schaltet in den Gang, der die bestmögliche Beschleunigung bietet und bringt den Motor auf hohe Drehzahlen. Zweckmäßig ist die Anwendung des Kickdowns vor allem bei Überholvorgängen.

Beim Rückschalten wird bei aufwändigeren Wandler-Automatikgetrieben das Prinzip der Mehrfach-Rückschaltung genutzt: Der Schaltvorgang findet gegebenenfalls im Wege der Sprungschaltung statt. So können Gangstufen, meist aber nur eine, übersprungen werden. Ein in modernen Fahrzeugen wählbares Schaltprogramm wird durch das Kickdown-Signal meist überlagert.

Beschriftung eines Wählhebels (BMW)

4-Gang-Tiptronic in einem Porsche 911 (Typ 993) mit der manuellen Schaltgasse rechts

Bedienweise

Die Bedienung eines Automatikgetriebes variiert je nach Fahrzeugtyp. Eingebürgert haben sich die folgenden Bezeichnungen für die Stellungen des Getriebewählhebels:

P 

Park/Parkstellung

R 

Reverse/Rückwärtsgang

N 

Neutral/Leerlauf

D 

Drive/Dauerfahrstellung

Für Gefällestrecken, insbesondere bei Anhängerbetrieb, werden weitere Fahrstufen angeboten, in denen die Automatik nicht in die höchsten Gänge durchschaltet, so dass das Motorbremsmoment besser genutzt werden kann:

3 

Das Getriebe schaltet nur bis zum 3. Gang hoch (entfällt bei älteren 3-Gang-Getrieben)

2 oder S 

Das Getriebe schaltet nur bis zum 2. Gang hoch (entfällt bei alten 2-Gang-Getrieben z. B. Opel Diplomat A)

1 oder L 

Das Getriebe bleibt im 1. Gang. Insbesondere bei steilen Bergabpassagen.

„M/S“ „+“ bzw. „-“ 

Vorrichtung zum manuellen Schalten des Automatikgetriebes in einer zweiten Schaltgasse oder gesonderten Bedienelementen. Immer mehr Automatikgetriebe bieten für das Schalten eine manuelle Vorwahl über diese Tiptronic-Gasse an, d. h. der Fahrer kann sequenziell den nächsthöheren oder nächstniedrigeren Gang wählen. Eine Reihe von Herstellern ergänzen die Automatik noch mit einem Wahlschalter für eine sportliche oder sparsame Schaltcharakteristik (meist mit den Stufen E=Economy und S=Sport oder Standard). Neuere Getriebe beobachten und lernen auch Gewohnheiten des Fahrers und passen ihre Schaltprogramme entsprechend an (selbstlernende Automatikgetriebe).

Sicherheit

Fahrzeuge mit Wandler-Automatikgetriebe dürfen nach einem Ausfall – je nach Hersteller – nur über kurze Strecken oder gar nicht abgeschleppt werden, wenn die angetriebene Achse rollt. Ohne laufenden Motor wird bei den meisten Getrieben die Ölpumpe nicht angetrieben, so dass keine ausreichende Schmierung sichergestellt ist. Eine Ausnahme davon bilden Wandler-Automatikgetriebe mit einer zusätzlichen Sekundärölpumpe am Getriebeausgang, z. B. ältere Wandler-Automatikgetriebe von Mercedes-Benz.

In den 1980er Jahren gab es Sicherheitsprobleme mit angeblichen „Selbstläufern“ bzw. Fahrzeugen, die ungewollt eine Fahrbewegung aufnahmen. In den USA erschienen TV-Berichte, in denen behauptet wurde, dass sich Fahrzeuge (vorwiegend wurden Audi-Modelle gezeigt) trotz Tritt auf die Bremse unerwartet in Bewegung gesetzt hätten. Eine abschließende Klärung wurde nicht erreicht, in der Folge haben sich jedoch einige Sicherheitsfunktionen eingebürgert:

• Der Zündschlüssel kann nur in der Stellung „P“ abgezogen werden, das Einrasten der Lenkradsperre bei rollendem Fahrzeug wird so verhindert.
• Der Motor kann nur in der Stellung „P“ und/oder „N“ gestartet werden. Ein Anrollen mit dem Start des Motors ist damit nicht möglich.
• Um die Stellung „P“ zu verlassen, muss die Bremse betätigt werden. Bei einigen Herstellern gilt dies auch für die Stellung „N“ (nur bei Fahrzeugstillstand). Der Fahrer wird dadurch gezwungen, beim Start das richtige Pedal zu betätigen. So soll ein Verwechseln des Gaspedals mit der Bremse vermieden werden.

Mit der Verbreitung dieser Vorkehrungen in Neufahrzeugen ist das Problem der Selbstläufer verschwunden. Inzwischen haben weitere Sicherungen Einzug gehalten. So steigert bei einigen Automatiken der Motor kaum mehr seine Leistung, wenn gleichzeitig das Bremspedal getreten wird. Ein Verspannen des Antriebsstranges und eine Überhitzung des Wandlers werden dadurch ausgeschlossen.

Stufenlose Getriebe

• Continuously variable transmission (CVT) steht für Getriebe mit einem kontinuierlich variablen (begrenzten) Übersetzungsbereich, der dem von Schaltgetrieben entspricht. Nach dem DAF-Getriebe (Variomatic) gab es Versuche von Fiat, Subaru und Ford, heute werden CVT-Getriebe unter der Bezeichnung Multitronic von Audi im A4 und größeren Modellen angeboten, unter der Bezeichnung Autotronic von Mercedes-Benz in der A-Klasse und B-Klasse, unter der Bezeichnung Lineartronic von Subaru und einfach als CVT von Honda im Jazz und im Civic Hybrid. Außerdem haben die meisten Motorroller und neuerdings auch manche Motorräder CVT-Getriebe.
• Infinitely Variable Transmission (IVT) hat einen 'unendlichen' Übersetzungsbereich, d. h. bei 1:∞ steht die Getriebeausgangswelle still, obwohl die Eingangswelle mit dem laufenden Motor verbunden ist, so dass bei dieser Bauform keine Anfahrkupplung erforderlich ist. Im Planetengetriebe wird die Leistung verzweigt oder summiert, wobei mit dem stufenlosen Teil die Gesamtübersetzung geregelt werden kann. Der stufenlose Getriebeteil kann beispielsweise hydrostatisch (bei Traktoren), elektrisch (Toyota Prius) oder auch mechanisch (CVT) ausgeführt sein.

Vorteile

Diese Getriebebauform bietet folgende Vorteile:

• Entfall von Schaltstufen, dadurch
  • besserer Komfort, da Drehmoment- und Drehzahlwechsel kontinuierlich und nicht in Sprüngen erfolgt
  • keine Schaltpausen, da kein Gangwechsel ausgeführt wird
• Die Kennlinie der Übersetzung kann nach verschiedenen Kriterien ausgelegt werden:
  • Verbrauch: Der Motor läuft möglichst immer im Bereich des günstigsten Momentanverbrauchs und im Schleppbetrieb kann durch die Übersetzungsanpassung das kleinste Schleppmoment gewählt werden
  • Fahrdynamik: Wenn maximale Beschleunigung erwartet wird, kann der Motor beim Beschleunigen immer unter maximaler Leistung laufen, die Fahrgeschwindigkeit wird alleine durch die Übersetzung des CVT angepasst
  • Geräusche: Der Motor wird im jeweils leisesten Betriebsbereich gefahren
  • Abgasausstoß: Der Motor wird im Betriebsbereich mit dem geringsten Schadstoffausstoß gefahren

Nachteile

• Bei vielen Bauarten stark begrenzte Drehmomentkapazität
• Erhöhter technischer Aufwand, teilweise spezielle Ölsorten erforderlich
• Eingeschränkte Kundenakzeptanz
• Schlechterer mechanischer Getriebewirkungsgrad als Wandler-Automatikgetriebe

Die Drehmomentkapazität kann zum Beispiel mit einer Leistungsverzweigung verbessert werden. Dabei wird das stufenlose Getriebe mit einem summierenden oder verzweigenden Planetengetriebe kombiniert. Dadurch wird aber entweder die Spreizung der Übersetzung verringert, oder es verschlechtert sich der Gesamtwirkungsgrad der Getriebekombination.

Mit verbrauchsoptimierten Kennlinien kann der Nachteil des schlechteren Getriebe-Wirkungsgrades teilweise wettgemacht werden. Durch die Verbrauchsoptimierungen an den Motoren und breitere Drehzahlbänder für den günstigsten Kraftstoffverbrauch sind die Doppelkupplungsgetriebe derzeit die stärksten Konkurrenten der verbrauchsoptimierten CVT.

In der Praxis lassen sich einseitig optimierte Kennlinien mangels Kundenakzeptanz nicht realisieren, wodurch die theoretischen Vorteile gewissen Einschränkungen unterworfen sind.

Erfahrungsgemäß sind viele Fahrer nicht zufrieden, wenn das Fahrzeug beim Beschleunigen von Null auf 100 km/h stets mit der gleichen Motordrehzahl fährt („Gummibandeffekt“). Um dies zu vermeiden, bieten zahlreiche CVTs ein Schaltprogramm an, in dem sie mit festen Übersetzungsstufen arbeiten und so einen normalen Stufenautomaten imitieren.

Geschichte

Die erste Massenanwendung von CVTs erschien in den 1960er Jahren in den niederländischen DAF-Automobilen unter der Bezeichnung Variomatic. Im Wesentlichen wird die Kraft im stufenlosen Getriebe per Keilriemen zwischen Keilscheiben mit variablem Abstand übertragen (siehe CVT).

Dieses Prinzip nach Van Doorne wurde inzwischen mit Metallgliederketten für weitaus höhere Drehmomente weiterentwickelt. Audi kam um 2000 mit der neuen Getriebebauart (Multitronic) erstmals für leistungsstarke PKW auf den Markt.

Auch der mit einem Hybridantrieb ausgestattete Toyota Prius hat ein stufenloses Automatikgetriebe, das allerdings über ein leistungsverzweigtes Planetengetriebe funktioniert, welches den Verbrennungsmotor mit zwei Motorgeneratoren verbindet. Die Getriebeübersetzung wird rein elektronisch durch die variable Ansteuerung der Motorgeneratoren vorgenommen. Ein separater Rückwärtsgang ist somit überflüssig. Des Weiteren entfällt ein Drehmomentwandler. Allerdings "kriecht" auch der Prius, das heißt, er setzt sich aus dem Stand ohne Gasgeben in Bewegung. Das stufenlose Getriebe des Prius ist Bestandteil einer als Hybrid Synergy Drive bezeichneten Baueinheit aus Verbrennungsmotor, Planetengetriebe und zwei Motorgeneratoren.

Der mit einem Hybridantrieb ausgestattete Honda Civic Hybrid hat ein stufenloses CVT-Getriebe mit einem Drehmomentwandler.

Ähnlich wie das Getriebe des Prius funktionieren leistungsverzweigte hydrostatische Getriebe, die vor allem bei Traktoren verbreitet sind. Die Leistung wird über einen mechanischen Teil und einen stufenlosen hydrostatischen Teil verzweigt. Durch stufenloses Verstellen der Übersetzung im hydrostatischen Teil kann die sich ergebendende Gesamtübersetzung geregelt werden. Um den Gesamtwirkungsgrad zu verbessern, haben solche Getriebe zum Teil noch zusätzliche Gangstufen.

Automatikgetriebe in Westeuropa

Im internationalen Vergleich liegt die prozentuale Zahl der mit Automatikschaltung ausgerüsteten Personenkraftfahrzeuge in Westeuropa weit hinter Ländern wie den USA und Japan. Dies ist auf einige Nachteile gegenüber dem Schaltgetriebe zurückzuführen, unter anderem geringeres Beschleunigungsvermögen, wenn keine Wandlerüberhöhung vorliegt, geringere Endgeschwindigkeit, höheren Verbrauch, verzögertes Ansprechen zu Beginn eines Überholvorgangs, Aufpreis gegenüber dem Schaltgetriebe (nicht in allen Märkten üblich), andere Verkehrsverhältnisse und auf das mitunter unsportliche Image der Automatik, die in der klassischen Form des Wandlers mit Planetengetriebe selten im Motorsport anzutreffen ist.

Zusätzliche Getriebe in Nutzfahrzeugen

Vorschaltgetriebe

Bei diesem Getriebe handelt es sich um eine Erweiterung eines herkömmlichen Getriebes. Dabei wird auf der Eingangswelle eine zusätzliche Vorgelegestufe angebracht. Dies hat den Effekt, dass man jeden Gang in zwei Stufen durchfahren kann. Es gibt also für jeden Gang eine kleine und eine große Stufe. Der einzelne Gang wird also aufgeteilt, oder, wie man sagt, „gesplittet“. Dies bringt diesem Getriebe den Namen „Splitter“ und der Gesamtkonstruktion den Namen „Split-Getriebe“ ein. Der Begriff „Vorschaltgetriebe“ deutet darauf hin, dass dieses Getriebe vor dem Basisgetriebe installiert ist. Häufiger wird jedoch die Vorschalt-Gruppe direkt im Getriebe untergebracht. Split-Getriebe finden sich in schweren Lkw. Sie werden üblicherweise über einen Schalter am Ganghebel bedient. Wird nur der Splitter betätigt oder wird von einem hohen in den nächsthöheren niedrigen Gang geschaltet, so spricht man von „einen halben Gang hochschalten“. Wird jedoch von einem niedrigen in den nächstkleineren hohen Gang geschaltet, so schaltet man „einen halben Gang runter“.

Verteilergetriebe

Ein Verteilergetriebe ist ein nach dem Basis-Getriebe verbautes Getriebe. Es kann bei Fahrzeugen verwendet werden, bei denen mehrere Achsen angetrieben werden (Allradfahrzeug). Das Getriebe verteilt die Antriebsleistung auf mehrere (bei einem 4x4-Fahrzeug zwei) Achsen über einen Abtrieb je Achse. Je nach Typ können die einzelnen Achsen zu- und abgeschaltet werden. Zusätzlich können im Verteilergetriebe auch Untersetzungen integriert sein - dies findet man häufig bei Geländewagen (Low-Range). Die Funktion des Verteilergetriebes ist nicht zu verwechseln mit Antriebsachsen, die einen integrierten Durchtrieb haben, wie z. B. schwere Lkw mit 6x4-Antrieb.

Nachschaltgetriebe

Dieses Getriebe ist ein zwischen Basis-Getriebe und Kardanwelle verbautes zweistufiges Planetengetriebe. Hierdurch verdoppelt sich die Zahl der schaltbaren Gänge, oder auch, wie man englisch sagt, die „Range“ ([reindʒ], dt. Bereich). Daher heißen Konstruktionen, die ein solches Nachschaltgetriebe verwenden, auch „Range-Getriebe“.

Man schaltet zunächst die Gänge des Basis-Getriebes, und betätigt dann den „Range-Gruppen-Umschalter“. Dies erfolgt über einen Schalter am Ganghebel, oder über das sogenannte „Überschlagen“. Bei ersterem wird vor dem Schaltvorgang der Schalter in die obere (große) Gruppe geschaltet, und dann der Ganghebel wieder in die Gasse des 1. Ganges geführt. Dies ist jedoch dann der 5. Gang (bei einem 4-Gang-Basisgetriebe) oder der 4. Gang (bei einem 3-Gang-Basisgetriebe). Beim „Überschlagen“ hat der Fahrer eine geteilte 8-Gang-Kulisse vor sich, die zwischen den Gassen des 3. und 4. Ganges und den des 5. und 6. Ganges unterbrochen ist. Hier führt man den Ganghebel nach durchfahren des 4. Ganges in Neutral und schlägt mit dem Handballen den Hebel nach rechts. Hierdurch wird die Range-Gruppe gewechselt und der Hebel federt in Neutral nun nicht mehr nach rechts, sondern nach links. Er befindet sich aus Fahrersicht nun vor der Gasse des 5. oder 6. Ganges. Tatsächlich liegt der Hebel vor dem 1. oder 2. Gang des Basisgetriebes, doch durch den Gruppenwechsel wird daraus nun der 5. bzw. der 6. Gang. Man spricht hier auch von einer „Doppel-H-Schaltung“. Solche Getriebe finden sich in schweren Lkw.

Oftmals werden Vor- und Nachschaltgetriebe kombiniert, wodurch in schweren Lkw bis zu 16 Fahrstufen zur Verfügung stehen.

Hydraulische Getriebe

Motoren mit sehr hoher Drehmomentabgabe, die aufgrund des oben angesprochenen schmalen sinnvoll nutzbaren Drehzahlbands ein Getriebe benötigen, sind zum Beispiel in Diesellokomotiven zu finden. Da sich bei konventionellen Getrieben beim Anfahren extrem hohe Anforderungen an eine Reibkupplung ergeben würden, werden im Bahnbetrieb häufig Strömungsgetriebe bzw. die „hydraulische Kraftübertragung“ benutzt. Bei den verwendeten Getrieben wird ein Drehmomentwandler zum Anfahren genutzt, die einzelnen Gänge werden ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet, indem eine Strömungskupplung geleert wird, während eine andere gleichzeitig mit Öl befüllt wird. Zum Teil kommen zusätzlich noch Überbrückungskupplungen zum Einsatz, um die Energieverluste durch Schlupf gering zu halten.

Die häufiger verwendete Alternative ist jedoch die elektrische Kraftübertragung, bei der ein Generator angetrieben wird, der Strom für elektrische Fahrmotoren liefert. Ein Beispiel für dieselhydraulisch angetriebene Lokomotiven ist die deutsche DB-Baureihe 218.

Automatisierte Range-Splitter-Gruppen-Getriebe

Moderne Lkw sind z. T. mit automatisierten Getrieben nach der obigen Definition ausgerüstet. Entwickelt wurden diese elektronischen Schalthilfen für Nutzfahrzeuge zu Beginn der 1980er Jahre mit dem Wunsch nach Kraftstoffeinsparung, Schonung der Antriebskomponenten und auch einer Entlastung des Fahrers. Obwohl diese Schaltsysteme bei Lkw-Fahrern in der Anfangszeit auf starke Ablehnung stießen, brachte 1984 Scania als erster Hersteller eine elektronische Schalthilfe unter der Bezeichnung CAG (Abk. f. Computer Aided Gearshift) auf den Markt. Der konventionelle Schalthebel wurde durch einen kleinen „Joystick“ auf dem Motortunnel ersetzt. Eine Elektronik, die verschiedene Fahrtparameter wie Geschwindigkeit und Motordrehzahl erfasste, gab dem Fahrer eine Schaltempfehlung per Display im Instrumentenbrett. Akzeptierte der Fahrer den vorgeschlagenen Gang, brauchte er nur die Kupplung zu betätigen. Bei abweichender Gangwahl schaltete er den gewünschten Gang mit Hilfe des Joysticks. Bei einem Ausfall der Anlage ließ sich der Kasten mit dem Wahlschalter zur Seite klappen und ein konventioneller Schaltstock einstecken, der im Fahrzeug mitgeführt wurde.

Etwa ein Jahr später zogen Mercedes-Benz als Hersteller eigener Nutzfahrzeuggetriebe sowie dem Friedrichshafener Zulieferer ZF mit der Produktion eigener Schalthilfen nach. Mercedes präsentierte auf der IAA 1985 die Elektropneumatische Schaltung (EPS) ^[13], die im damals leistungsstärksten Modell 1644 serienmäßig angeboten wurde. Für kleinere Modelle sowie für den Reisebus O 303 war sie gegen Aufpreis erhältlich. Im Gegensatz zur CAG von Scania und einigen Modellen von ZF gab die EPS keine Schaltempfehlung, die Gangvorwahl musste daher immer durch ein Antippen des Hebels vor oder zurück (zum Hoch- oder Herunterschalten) erfolgen. Mit Vorstellung der neuen Actros-Reihe folgte 1996 die „Telligent“-Schaltung (Kunstwort aus „Telematik“ und „Intelligent“), zunächst als halb-, später als vollautomatische Schaltung.

Zeitgleich bot ZF als Hersteller u. a. von LKW-Getrieben halbautomatische Schalthilfen unter der Bezeichnung AVS (Abk. f. Automatische Vorwählschaltung) an, die über Drucktasten, Schaltknauf oder einen Wippschalter am Lenkrad bedient werden konnte. In der Handhabung sind jedoch alle anfänglichen Systeme weitgehend identisch: der Fahrer gibt über einen Schalter einen Schaltimpuls, welcher von der Elektronik und pneumatischen Stellzylindern umgesetzt wird. Heute ist man dazu übergegangen, dem Fahrer nahezu jegliche Schaltarbeit abzunehmen. Lediglich Leerlauf und Rückwärtsgang werden bei allen Schalthilfen über besondere Tasten oder Tastenkombinationen bedient. In manchen vollautomatisierten Schaltgetrieben ist kein Kupplungspedal mehr vorgesehen, im Actros ist es beispielsweise im Fußraum weggeklappt und kann optional eingesetzt werden. Da die Elektronik sämtliche Schalt- und Kupplungsvorgänge vollständig steuert, können hier auch unsynchronisierte Klauengetriebe eingesetzt werden, die in ihrer Bauform leichter und kompakter sowie im Betrieb schneller zu schalten sind. Diese vollautomatischen Schalthilfen dürfen jedoch nicht mit einem Automatikgetriebe mit Drehmomentwandler verwechselt werden.

Der Actros von der Daimler AG bietet mit den verschiedenen Telligent-Optionen Getriebe-Systeme an, bei denen per Vorwahl der nächst-günstigere oder auch manuell gewählte Gang gewählt werden kann. Der Gang wird von der Elektronik zunächst auf Plausibilität geprüft, und dann beim Tritt auf das Kupplungspedal ggf. eingelegt. Voll-automatische Systeme, wie sie zuerst beim Iveco-Stralis und beim M.A.N-TGA eingesetzt wurden, verzichten sogar auf das Kupplungs-Pedal. Hier wird die Motor-Drehzahl des Trieb-Stranges über elektronische Befehle an die Einspritzpumpe oder die Motorbremse angepasst, wodurch sich eine Synchronisierung des Getriebes erübrigt. Hybride Systeme, wie das Opticruise aus dem Hause Scania, benötigen den Kupplungs-Fuß des Fahrers nur noch zum Anfahren oder Anhalten des Fahrzeuges.

Modernste Nutzfahrzeuge, wie der Actros von Daimler seit Baujahr 2006 benötigen, aufgrund der modernen Motor-Technologie, nur noch 12 Gänge ^[14]. Verbaut ist hier ein 3-Gang-Basisgetriebe mit Vor- und Nachschaltgruppe. Die vier Bedienachsen (Dreh- und Schiebestange des Basisgetriebes, sowie die Sperrstangen der Vor- und Nachschalt-Getriebe) werden über pneumatische Zylinder bewegt, die von der am CAN-Bus angeschlossenen GS-Einheit (Getriebe-Steuerungs-Einheit) elektronisch überwacht und bedient werden. Diese übernimmt auch die Bedienung der Kupplung mittels hydro-pneumatischer Baugruppen.

Der Fahrer genießt in solchen Fahrzeugen den Komfort, nur noch eine Anzeige vor sich zu haben, die ihn über den eingelegten Gang (1 - 12) informiert, kann aber jeweils in die Automatik aktiv eingreifen, indem er z. B. via Lenk-Stock-Hebel (MAN) oder die Schaltkonsole (Daimler) manuell einen höheren oder niedrigeren Gang wählt. Auch eine geschickte Führung des Gaspedals kann aktiv in die Schalt-Automatik eingreifen (Kick-down u. ä.).

Beim Design der Getriebe-Steuerelemente verfolgen die Hersteller verschiedene Ansätze: Die Daimler AG gibt sich in seinen Actros-Modellen traditionell. Den früheren ZF-Ecosplit-Getriebehebeln geschuldet, besteht die Schaltkonsole aus einem Hauptknauf und einer sogenannten "Split-Wippe". Das Betätigen der Split-Wippe bewirkt in der 12-Gang-Kulisse den Wechsel um jeweils genau einen der 12 Gänge, in Wahrheit also einen halben Gang. Beim Betätigen des Schaltknaufes "sucht" sich die GS-Steuerung den nächsthöheren oder -niedrigeren selbst, indem sie Last und Drehzahl abgleicht. Hierbei können auch Gänge übersprungen werden. Per Schaltwippen auf dem Armaturenbrett können besondere Modi wie das Freischaukel-, oder das Rangier-Programm direkt abgerufen werden.

MAN verfolgt bei seiner TipMatic eine andere Strategie: Es wird hier vorausgesetzt, dass das Getriebe 12 Gänge hat, unabhängig davon, wie diese sich technisch zusammensetzen. Kenntnisse über die Vor- und Nachschalt-Technik setzt dieser Hersteller nicht voraus, sondern behandelt die 12 Stufen quasi sequenziell. Die Grundvorwahl des Fahrers beschränkt sich hier darauf, ob er vorwärts oder rückwärts fahren möchte und ob er rangieren will oder nicht. Dies wird mit einem Drehschalter neben dem Fahrersitz vorgewählt. Per Lenkstockhebel kann im laufenden Betrieb jeweils um einen der 12 Gänge hinauf- oder heruntergeschaltet werden. Bei manuellen Eingriffen in die Schaltstrategie sucht die Tippmatic nicht nach dem günstigsten Gang, sondern unterwirft sich ganz dem Willen des Fahrers.

Getriebe für andere Funktionen in Kraftfahrzeugen

Auch an anderen Stellen außerhalb des Antriebsstrangs finden sich Getriebe: die Scheibenwischer werden von einem Elektromotor über Getriebe bewegt. Gleiches gilt auch bei elektrischen Fensterhebern. Auch die Sitzverstellung mittels Drehrädern zur Lehnenneigungseinstellung geschieht über Getriebe.

Nicht ignoriert werden soll auch der erweiterte Begriff des Maschinenbaus zu Getrieben: die Vorrichtungen für jegliche kinematisch gekoppelte Wandlung oder Umsetzung von Bewegungen werden „Getriebe“ in einem allgemeinen Sinn genannt. Das normalerweise als Getriebe bekannte Rädergetriebe ist lediglich eine Unter- oder Sonderform des allgemeinen Getriebes.

Somit sind beispielsweise auch Öffnungsmechanismen von Türen und Hauben oder die Übertragung einer Pedalbewegung auf ein Fahrzeugaggregat im maschinenbaulich-kinematischen Sinn ein Fahrzeuggetriebe: die Schwenkbewegung des Pedals wird über eine Druckstange z. B. in eine lineare Bewegung oder eine Drehbewegung umgesetzt. Der flüssigkeitsgebundene Weg der Kraftübertragung zwischen Bremspedal und Radbremszylindern stellt ferner ein hydraulisches Getriebe dar.

Literatur

• Eckhard Kirchner: Leistungsübertragung in Fahrzeuggetrieben. Grundlagen der Auslegung, Entwicklung und Validierung von Fahrzeuggetrieben und deren Komponenten. Springer Verlag, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-35288-4
• Harald Naunheimer, Bernd Bertsche, Gisbert Lechner: Fahrzeuggetriebe. 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin, 2007, ISBN 978-3-540-30625-2
• Hans Jörg Leyhausen: Die Meisterprüfung im Kfz-Handwerk Teil 1. 12 Auflage, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1991, ISBN 3-8023-0857-3.
• Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 2. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2001, ISBN 3-528-13114-4.
• Karl-Heinz Dietsche, Thomas Jäger, Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 25. Auflage, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden, 2003, ISBN 3-528-23876-3.
• Gert Hack: Autos schneller machen. 11. Auflage, Motorbuchverlag, Stuttgart, 1980, ISBN 3-87943-374-7.

Weblinks

• Automatikgetriebe – technische Details
• Animation eines 6-Gang-Automatikgetriebes
• Animation eines 7-Gang-Automatikgetriebes
• Animation eines 9-Gang-Automatikgetriebes

Einzelnachweise

1. ↑ (1) Vgl. Fahrzeuggetriebe, Werner Klemmend, Hanser Verlag 2007, S:21
2. ↑ Fahrzeuggetriebe, Werner Klement, Seite 74, Hanser Verlag München.
3. ↑ Grundlagen der Kraftfahrzeugtechnik-Technik, Karl-Ludwig Haken, Seite 29, Hanser Verlag München 2008.
4. ↑ Leistungsübertragung in Fahrzeuggetrieben, Eckhard Kirchner, Seite 1-6, Springer Verlag Berlin 2007
5. ↑ [1] Quelle: Reif, Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe, Vieweg und Teubner Verlag 2010, S.102
6. ↑ (1) Quelle: Reif, Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe, Vieweg und Teubner Verlag 2010, S.102
7. ↑ (2) Quelle: Kirchner, Leistungsübertragung in Fahrzeuggetrieben, Springer 2007, S.45-46
8. ↑ (3) Quelle: Klement, Fahrzeuggetriebe, Hanser Verlag 2007, S:85
9. ↑ Porsche Technologie Lexikon. Porsche Doppelkupplungsgetriebe (PDK). www.porsche.com, abgerufen am 31. Mai 2011. 
10. ↑ Quelle: Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 2011, S.564
11. ↑ Quelle: Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 2011, S.564
12. ↑ Quelle: Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 2011, S.565
13. ↑ Terwen, Stephan: Vorausschauende Längsregelung schwerer Lastkraftwagen. 1 Auflage. KIT Scientific Publishing, Karlsruhe 2010, ISBN 978-3-86644-481-2.
14. ↑ Der neue Mercedes-Benz Actros setzt mit zahlreichen Optimierungen neue Maßstäbe im schweren Lkw-Segment (PDF). www.mobilitaet-verlag.ch, abgerufen am 31. Mai 2011.