Themen:
- Allgemeine Informationen
- Wählhebel / Berggänge
- Einzelnes Planetengetriebesystem
- Kombiniertes Planetengetriebesystem (Simpson-System)
- Ravigneauxs System
- Getriebeöl
- Ölpumpe
- Regeleenheide
- Steuerventile
Allgemeine Informationen:
Die Vorteile des Automatikgetriebes bestehen darin, dass Bedienkomfort, Komfort und Sicherheit erhöht werden. Der Getriebewechsel erfolgt möglichst sanft und ohne Ruckeln. Bei sanfter Beschleunigung schaltet das Automatikgetriebe früher in einen höheren Gang als bei ganz durchgedrücktem Gaspedal. In letzterem Fall erfolgt die Umschaltung nur bis kurz vor den Drehzahlbegrenzer. Wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt, schaltet es automatisch in den ersten Gang.
Zwischen Motor und Automatikgetriebe ist eine Flüssigkeitskupplung oder ein Drehmomentwandler montiert. Siehe hierzu das separate Kapitel Drehmomentwandler.
Wählhebel / Berggänge:
Ein Auto mit Automatikgetriebe verfügt über einen Wählhebel. Der Wählhebel kann betätigt werden, indem zunächst das Bremspedal betätigt wird. Hier ist eine Zusammenfassung der Funktionen:
- P: Parkposition (Die Abtriebswelle ist blockiert, das Auto rollt nicht mehr weg und der Motor kann hochdrehen
- R: Rückwärts
- N: Neutral (Das Fahrzeug befindet sich im Leerlauf, die Abtriebswelle ist nicht blockiert, sodass es bei losgelassenem Bremspedal wegrollen kann
- D: Fahren (Vorwärtsgang, das Auto schaltet automatisch hoch und runter, wenn Sie beschleunigen
- *S: Sport (Das Auto schaltet weniger hoch, sodass bei plötzlichem Beschleunigen mehr Beschleunigung auftritt)
- *M: Manuell (Damit können Sie angeben, wann hoch- oder runtergeschaltet werden muss, indem Sie den Wählhebel nach vorne oder hinten in Richtung + oder - bewegen.
* ist oft eine Option und nicht auf jeder Maschine verfügbar.
Andere Automarken nutzen die Stellungen L, 2 und 3, um dem Fahrer die Wahl zu lassen, in welchem Gang das Auto bleiben soll. Diese Modi werden auch „Berggänge“ genannt.
Wenn einer dieser Modi aktiviert ist, wird das Automatikgetriebe in einen bestimmten Gang geschaltet und dort gehalten. Dies kann beim Fahren in den Bergen sehr nützlich sein. Bei normaler Bergabfahrt schaltet das Automatikgetriebe in Stellung „D“ in einen höheren Gang. Dadurch wird die Übersetzung im Getriebe kleiner, wodurch das Auto immer schneller bergab fährt. Durch das Einlegen der Gänge 3, 2 (1 oder L) fährt das Automatikgetriebe in einem niedrigeren Gang (zum Beispiel von der 5. in die 4. Stufe). Der Motor läuft dann mit höherer Drehzahl, wodurch das Auto langsamer wird. Es besteht nun keine Notwendigkeit mehr und mehr zu bremsen, da der Motor stärker gebremst wird. Bei Fahrten mit Anhänger ist dies bei steilem Gefälle notwendig, da sonst die Bremsen durch Dauerbremsungen überhitzen.
Einzelnes Planetengetriebesystem:
Planetengetriebe werden in mehreren Systemen eingesetzt, nämlich in Automatikgetrieben, Anlassern, Overdrives und Nabenuntersetzungen. Ein Planetengetriebe besteht aus folgenden Teilen:
- Zahnkranz
- 3 Satellitenräder
- Drager
- Sonnenrad
Um ein Drehmoment mit einem einzelnen Planetengetriebe zu übertragen, muss das Hohlrad, der Träger oder das Sonnenrad gesichert werden. Dieser Teil dient dann als Antwortelement. Die Satellitenräder dienen lediglich der Überbrückung des Abstandes zwischen Sonnenrad und Hohlrad.
Beispiel: Das Sonnenrad ist mit dem Motor gekoppelt und dreht sich mit der gleichen Geschwindigkeit. Der Träger ist mit der Abtriebswelle verbunden. Der Zahnkranz ist am Getriebegehäuse befestigt. Dies führt zu einer erheblichen Verzögerung. Das bedeutet: Das Sonnenrad treibt an, das Hohlrad ist das Reaktionselement und der Träger wird angetrieben.
Das Sonnenrad (hellblau, in der Mitte) dreht sich gegen den Uhrzeigersinn. Dadurch werden die (roten) im Uhrzeigersinn rotierenden Satellitenräder angetrieben. Diese drehen sich im Ringrad und nehmen dabei den (blauen) Träger mit.
Der Träger dreht sich daher weniger schnell als das Sonnenrad. Das heißt, die Bewegung wird verlangsamt.
Die Tabelle zeigt 6 verschiedene Übertragungsmöglichkeiten. In der Automobiltechnik sind nicht alle Getriebemöglichkeiten nutzbar. Normalerweise bleiben nur 3 Optionen übrig.
Zur Verbindung und Sicherung der verschiedenen Elemente dienen Bremsbänder oder Lamellenkupplungen. Auf diese Weise können wir verschiedene Elemente verbinden und Verzögerungen, Beschleunigungen und Drehrichtungsänderungen erzeugen.
Bei den neuesten Systemen sorgt der Computer dafür, dass der Öldruck an die Lamellenkupplungen geleitet wird und so die Teile gesichert werden. Die Theorie zu Bremsbändern und Lamellenkupplungen wird auf dieser Seite weiter besprochen.
Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung von vier Planetenradsätzen in einem Automatikgetriebe. Es gibt drei Systeme für die Vorwärtsgänge und eines für den Rückwärtsgang. Die rote Linie zeigt die Richtung der Kräfte durch das Automatikgetriebe an; von links (Motorseite mit Drehmomentwandler) über den kompletten Teil mit Planetensystemen (schwarze Linien) bis zur Kupplung der Propellerwelle. Im Getriebe kommen vier Systeme mit jeweils einem Z, D und R (Sonnenrad, Träger und Hohlrad) zum Einsatz.
Auf der seite Berechnen Sie Untersetzungen von Planetengetrieben enthält weitere Informationen zum Ein- und Ausschalten von Planetensystemen und zur Verknüpfung verschiedener Systeme.
Die Planetengetriebesysteme sind oberhalb und unterhalb der Mittellinie symmetrisch. Es geht nicht anders, denn der Innenraum dreht sich während der Fahrt.
Um einen Einblick in das Geschehen beim Einlegen eines Gangs zu erhalten, sind im Bild auch die angetriebenen Teile im Planetensystem rot hervorgehoben.
In der Abbildung ist Gang 1 eingelegt. Um den ersten Gang einzulegen, muss eine Kupplung geschlossen sein. Dieser Link wird blau angezeigt. Bei geschlossener Kupplung und einer Abtriebsseite des Planetensystems muss sich auch ein Teil drehen. In diesem Fall bestimmen die Größen der Teile das Übersetzungsverhältnis (denken Sie an ein kleines Eingangszahnrad und ein großes Ausgangszahnrad; das große Zahnrad dreht sich dann langsamer. Wenn das große Zahnrad doppelt so viele Zähne hätte wie das kleine Zahnrad, dann das Verhältnis wäre 1:1).
Dies gilt grundsätzlich auch für das Automatikgetriebe; Die Größen von Hohlrad, Sonnenrädern und Satellitenrädern sind bei allen vier Systemen unterschiedlich. Jetzt können Sie sich wahrscheinlich vorstellen, dass sich die Drehzahl der Abtriebswelle geändert hat, wenn eine andere Kupplung bestromt wird (z. B. das System links). Klicken Sie hier für weitere Informationen zur Berechnung von Planetengetriebeuntersetzungen.
Kombiniertes Planetengetriebesystem (Simpson-System)
In Automatikgetrieben kommen häufig kombinierte Planetengetriebe zum Einsatz, bei denen mehrere Satellitenräder oder Träger auf einem Sonnenrad montiert sind. Dies ist unter anderem bei den sogenannten Simpson-Systemen der Fall.
Das Simpson-System verfügt über ein breites Sonnenrad und 2 Zahnkränze. Diese Hohlräder sind in der Regel angetrieben, daher ist die Zahnbelastung deutlich geringer als bei einem angetriebenen Sonnenrad. Dadurch kann das System oft kleiner gebaut werden. Heutzutage werden die Simpson-Systeme nicht mehr sehr oft verwendet. Das Ravigneaux-System ist bei Entwicklern beliebter, da es mehr Platz spart.
Das Bild zeigt das Planetengetriebe als ein dichtes Ganzes. Zu sehen sind der Zahnkranz (der linke breite Ring mit den Zähnen) und der Träger (der silberne Teil).
Der Zahnkranz ist abgerutscht. Jetzt sind die Satellitenräder und der Träger zu sehen. Die 3 Satellitenräder greifen innen in das Sonnenrad und außen in das Hohlrad ein (das jetzt abgezogen wurde). Diese Zahnräder sind immer miteinander verbunden.
Hier ist der Träger (mit den Satellitenrädern) vom Sonnenrad abgerutscht. Das Sonnenrad ist das Zahnrad im rechten Teil.
Hier sieht man das Doppelsonnenrad. Der linke Abschnitt trieb das Planetengetriebe an, das in den Bildern oben zu sehen ist. Der richtige Gang ist das System daneben. Daraus ergibt sich der Name „kombiniertes“ Getriebesystem, oder mit anderen Worten das Simpson-System. Wenn das Sonnenrad einfach ist (nur der linke Teil) und nur ein Planetenradsystem vorhanden ist, spricht man von einem Einfach- oder Ravigneaux-System. Das Ravigneaux-System hat 1 Satellitenräder statt 6 in diesem System, aber das wird später erklärt.
Dies ist der andere Teil des kombinierten Systems. Links der schwarze Zahnkranz, in der Mitte der Träger mit den Satellitenrädern, rechts (dort drin) das Sonnenrad.
Ravigneauxs System:
Der französische Ingenieur Paul Ravigneaux entwickelte Ende der 20er Jahre ein kompaktes Planetengetriebesystem, um auf einfache Weise mehrere praktische Übersetzungsverhältnisse zu schaffen. Dies wird als Ravigneaux-System bezeichnet. Dieses System wird derzeit bei vielen Automatikgetrieben eingesetzt.
Dieses System ist sehr kompakt, da 2 Planetengetriebesysteme in nur 1 System zusammengefasst sind. Es besteht aus 2 Sonnenrädern, 3 großen und 3 kleinen Satellitenrädern und 1 Zahnkranz. Unten ist eine Seitenansicht.
Im Bild unten sehen Sie, dass die Satellitenräder ineinandergreifen. Das große Satellitenrad ist mit Sonnenrad 1 verbunden. Das kleine Satellitenrad ist mit Sonnenrad 2 verbunden.
In der Tabelle sehen wir, dass beim Einlegen des ersten Gangs Kupplung 1 (K1) und Bremsband 1 (B1) einrücken. Das bedeutet, dass das Sonnenrad 2 und der Träger mit den Satellitenrädern feststehen (diese werden angetrieben). Der Zahnkranz ist dann schwimmend.
Dies verursacht die größte Verzögerung. Eine große Verzögerung bedeutet auch einen Anstieg des Drehmoments und auch eine niedrige Geschwindigkeit an den Rädern. Der 1. Gang ist der beste Gang zum Beschleunigen aus dem Stand.
Wenn das Getriebe in den 2. Gang schaltet, wird das Bremsband B1 gelöst und die Kupplung B2 eingerückt. Nun werden das Sonnenrad 2 und das Hohlrad gesichert und somit angetrieben. In diesem Fall wird der Träger gefahren. Durch diese Kombination gekoppelter Komponenten entsteht eine geringere Verzögerung als beim 1. Gang und sorgt für die exakt richtige Übersetzung des 2. Gangs.
Lamellenkupplungen und Bremsbänder:
Bei den alten Getrieben wurden Bremsbänder verwendet, um die verschiedenen Teile (wie das Sonnenrad, den Träger und das Hohlrad) zu sichern. Bremsbänder bestehen aus Eisen und sind geschmiert, um den Kontakt von Metall zu Metall so weit wie möglich zu verhindern und zu kühlen. Die Bilder unten zeigen ein Bremsband (links) und ein Bremsband um den Zahnkranz (rechts).
Der Zahnkranz wird durch Zusammendrücken des Bremsbandes mit einem hydraulischen Kolben (der ausfährt) gesichert. Beim Anziehen wird also ein bestimmtes Teil des Planetengetriebes schwebend gemacht und angetrieben, wodurch ein Gang eingelegt wird.
Bei neueren Getrieben kommen oft keine Bremsbänder mehr zum Einsatz, sondern Lamellenkupplungen. Eine Lamellenkupplung besteht aus mehreren hintereinander liegenden einzelnen Kupplungslamellen, die durch Öldruck gegeneinander gepresst werden. Dadurch „rastet“ die Kupplung ein und sichert den Zahnkranz. Die folgenden Bilder zeigen die Lamellenkupplungen im zerlegten Zustand. Die Teile werden zusammengeschoben. Die Zähne der Eisengehäuse greifen ineinander.
Getriebe öl:
Getriebeöl für das Automatikgetriebe ist in der Regel vom Typ ATF (Automatic Transmission Fluid), manchmal bieten die Hersteller jedoch auch eine andere Ölsorte mit unterschiedlichen Spezifikationen an. Hier ist stets Vorsicht geboten, denn das falsche Öl im Getriebe kann zu zusätzlichem Verschleiß und vorzeitigem Ausfall führen. Auch der Ölstand des Automatikgetriebes sollte regelmäßig überprüft werden. Bei zu niedrigem Wert kann es zu einer Überhitzung des Öls kommen, was zu einer deutlich schnelleren Alterung und einem erhöhten Verschleiß des Getriebes führt. Die Kontrolle des Ölstands lässt sich manchmal ganz einfach mit einem Ölmessstab durchführen, genau wie die Kontrolle des Motoröls, allerdings verfügen die Behälter oft nicht über einen Ölmessstab. Anschließend muss der Ölstand überprüft werden, indem bei laufendem Motor die Einfüllschraube herausgeschraubt und solange nachgefüllt wird, bis das Öl gerade ausläuft. Je nach Hersteller muss zunächst die Temperatur überprüft werden. Manchmal muss es mit möglichst kaltem Öl geschehen, manchmal mit Öl zwischen 30 und 50 Grad Celsius.
Ölpumpe:
Im Getriebe kommt häufig eine Zahnradpumpe oder eine Sichelpumpe zum Einsatz. Die Pumpe im Bild ist eine Sichelpumpe. Diese Pumpe wird direkt vom Motor angetrieben. Das Öl zirkuliert dann immer bei laufendem Motor, also in allen Stellungen, in denen sich der Wählhebel befindet.
Steuergerät:
Die Steuereinheit sorgt dafür, dass der Pumpendruck ständig auf einen Grunddruck eingestellt wird. Darüber hinaus sorgt die Steuereinheit dafür, dass die Steuerventile zum richtigen Zeitpunkt ein- und ausschalten.
Steuerventile:
Die Betätigung der Steuerventile erfolgt über die Stellung des Wählhebels. In den Stellungen P und N sind die Zugänge verschlossen und das Öl fließt aus allen Leitungen. Dadurch verlieren alle Kupplungen und Bremsbänder ihren Öldruck und werden durch die Federkraft zurückgedrückt. Wenn das Steuergerät ein Signal gibt (z. B. um den Zahnkranz für den ersten Gang zu sperren), wird ein Signal an die Magnetventile (auch Magnetventile genannt) gesendet. Wenn ein Ventil und damit ein Schieber des Schiebergehäuses öffnet, fließt Öl unter hohem Druck zu einem Stößel, der die Lamellenkupplung oder das Bremsband mit Öl versorgt. Der Druckwähler ist ein Modulationsventil, das den Flüssigkeitsdruck basierend auf dem Gaspedal reguliert. Dieser Öldruck sichert einen Teil im Automatikgetriebe und ermöglicht so das Schalten.
