Themen:
- Allgemeine Informationen
- Einfache und doppelte Ermäßigung
- Getriebe in Längs- oder Querrichtung
- Zahnräder und Zahnräder
- Bedienung des Getriebes
- Synchronisierungsgerät
- Getriebe zerlegen
- Konstantes Netz
- Schiebenetz
- Übersetzungsverhältnis
Allgemeine Informationen:
Der Zweck eines Getriebes besteht darin, die Motordrehzahl und damit das verfügbare Motordrehmoment und die Motorleistung an unterschiedliche Fahrbedingungen anzupassen. Dies kann beim Beschleunigen oder Abbremsen, beim Transport schwerer Lasten, beim Bergauf- und Bergabfahren sowie bei Luft- und Rollwiderstandsänderungen während der Fahrt der Fall sein. Das Schalten in einen günstigeren Gang führt unter diesen unterschiedlichen Umständen in den meisten Fällen zu einem besseren Kraftstoffverbrauch und mehr Drehmoment und Leistung.
In einem niedrigen Gang (z. B. dem zweiten) steht mehr Motordrehmoment zur Verfügung als in einem höheren Gang (z. B. dem vierten). Dies liegt daran, dass die Kurbelwelle des Motors im zweiten Gang mehr Umdrehungen macht und beim Beschleunigen deutlich schneller dreht als im höheren Gang. Daher ist es sinnvoll, beim Fahren mit schwerer Ladung, etwa einem Wohnwagen, nicht einen zu hohen Gang einzulegen. Sicherlich nicht in den Bergen.
Der befindet sich zwischen Motor und Getriebe Link welches mit einer Kupplungsscheibe, einer Druckgruppe und einem Ausrücklager ausgestattet ist. Durch Betätigung des Kupplungspedals wird die Druckplatte über einen Seilzug betätigt. Bei einer hydraulischen Kupplung wird eine Flüssigkeit mittels zweier Kupplungszylinder von einem Zylinder zum anderen bewegt.
Nachfolgend finden Sie ein Blockdiagramm, wie der Antrieb vom Motor auf die Räder mit Vorderrad-, Hinterrad- und Allradantrieb erfolgt. Weitere Informationen hierzu finden Sie auf der Seite Antriebsformen.
Einfache und doppelte Ermäßigung:
Schaltgetriebe werden in zwei Gruppen unterteilt, nämlich einfache und doppelte Untersetzung. Reduktion ist ein anderes Wort für Übertragung. Es bedeutet also eigentlich „einfache und doppelte“ Übertragung. Was damit gemeint ist, erfahren Sie weiter unten.
Einzelreduktion
Die Zahnräder der An- und Abtriebswelle sind direkt miteinander verbunden.
A: Eingangswelle (Antriebswelle, vom Motor)
B: Abtriebswelle (Hauptwelle)
Doppelte Ermäßigung
Der erste Gang ist eingelegt; Die Antriebskräfte im ersten Gang gehen von A nach B und von C nach D.
Über die Eingangswelle wird eine Kraft auf Zahnrad A ausgeübt. Dieser Gang steht in direkter Verbindung mit den Gängen B, D und E. Da der erste Gang eingelegt ist, hat die Synchronisierung die Abtriebswelle mit dem Gang D gekoppelt (siehe blaue Pfeile). Ab Gang B verlassen die Antriebskräfte das Getriebe über die Abtriebswelle. Die Abtriebswelle treibt das Differenzial an, das sich im Getriebe befinden kann (bei Fahrzeugen mit Frontantrieb) oder das Differenzial an einer anderen Stelle montiert werden kann, beispielsweise bei einem Fahrzeug mit Hinterradantrieb. Mehr dazu wird später auf dieser Seite erläutert.
A: Eingangswellenrad (Antriebswelle, vom Motor)
B, C und E: Sekundärwellengetriebe
D & F: Abtriebswellenräder (Hauptwelle)
Der zweite Gang ist eingelegt. Die Synchronisationseinrichtung wird vom Gang D abgekoppelt und an den Gang F gekoppelt (siehe blaue Pfeile). In diesem Moment dreht sich Zahnrad D, ist aber nicht mit der Abtriebswelle gekoppelt. Gang F ist, daher gehen die Antriebskräfte nun von A nach B und von E nach F.
Da die Gänge C und E unterschiedliche Abmessungen haben, haben sich die Übersetzungsverhältnisse geändert. Dies bedeutet, dass die Motordrehzahl nach dem Ankuppeln bei gleicher Fahrzeuggeschwindigkeit gesunken ist.
Getriebe in Längs- oder Querrichtung:
Die Abbildung zeigt ein Diagramm eines Autos mit Hinterradantrieb. Der Motorblock ist in Längsrichtung angeordnet und das Getriebe ist mit einer doppelten Untersetzung ausgestattet. Das Endgetriebe (Differential) befindet sich an der Hinterachse und treibt die Hinterräder an. Dies ist die Antriebsart, die unter anderem bei BMW häufig zum Einsatz kommt.
Dieses Bild zeigt ein Diagramm eines Autos mit Frontantrieb. Der Motorblock ist quer (in der Breite) angeordnet und das Getriebe ist mit einer einfachen Untersetzung ausgestattet.
Die Antriebskräfte gelangen in die Eingangswelle (Antriebswelle) und werden über die eingelegten Gänge auf die Ausgangswelle übertragen. Das Differenzial ist in das Getriebegehäuse integriert. Diese Antriebsart kommt unter anderem in einem Volkswagen Golf und einem Ford Focus (und natürlich vielen anderen Marken!) zum Einsatz.
Die Abbildung zeigt ein Diagramm eines Autos mit Frontantrieb. Sowohl der Motorblock als auch das Getriebe sind längs angeordnet. Der Motorblock befindet sich vor der Vorderachse und das Getriebe hinter der Hinterachse. Das Differential ist an den Antriebswellen montiert. Dieses System kommt unter anderem bei den älteren VW Passat, Skoda Superb und Audi A4 zum Einsatz. Die neueren Modelle haben jetzt einen querliegenden Motorblock (d. h. die Situation unten).
Zahnräder und Zahnräder:
Mit unterschiedlichen Zahnradgrößen können unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse erreicht werden. Wir nennen diese Übersetzungsverhältnisse Zahnräder. Wenn beispielsweise ein großes Zahnrad von einem kleinen Zahnrad angetrieben wird, kann das kleine Zahnrad drei Umdrehungen machen, während das große Zahnrad nur einmal umdreht. Das Übersetzungsverhältnis beträgt dann 3:1. Die Verzögerung und Leistungssteigerung sind dann 1x so groß. Wenn das kleine Zahnrad 3 Zähne hat, hat das große Zahnrad 3 Zähne.
Unten sehen Sie die verschiedenen Gänge, die geschaltet werden können. Man sieht, dass mit jedem Gang das rechte Zahnrad der oberen Welle (der Primärwelle) in den Gängen 2 und 3 immer kleiner wird. Das Zahnrad auf der rechten Seite der Sekundärwelle wird größer. Dadurch wird das Übersetzungsverhältnis immer weiter erhöht, was das ultimative Ziel für den Wechsel in einen anderen Gang ist.
Erster Gang:
Die Antriebskraft tritt links am Pfeil in die Antriebswelle ein. Die Antriebskraft wird direkt auf das Sekundärwellenrad übertragen. Die sekundäre Achse ist die untere Achse. Das kleinste Zahnrad der Sekundärwelle ist mit dem vorletzten Zahnrad der Abtriebswelle gekoppelt. Aufgrund der Abmessungen der Zahnräder dreht sich die Abtriebswelle deutlich langsamer als die Antriebswelle. Dies hat die größte Verzögerung verursacht. Der erste Gang hat die größte Verzögerung, so dass man mit viel Drehmomentzuwachs aus dem Stand beschleunigen kann.
Zweiten Gang:
Die Gänge links bleiben eingelegt. Die Antriebskraft gelangt über den dritten Gang der Sekundärwelle zum dritten Gang der Abtriebswelle. Die Abtriebswelle dreht immer noch langsamer als die Eingangswelle. Es gibt also immer noch eine Verzögerung. Die Verzögerung ist nun geringer als im ersten Gang, sodass bei gleicher Motordrehzahl eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit als im ersten Gang erreicht werden kann.
Dritter Gang:
Die Antriebskraft erfolgt über das zweite Zahnrad der Sekundärwelle und das zweite Zahnrad der Abtriebswelle. Die Abtriebswelle dreht immer noch langsamer als die Eingangswelle. Die Verzögerung ist nun wieder geringer als im zweiten Gang, so dass nun bei gleicher Motordrehzahl eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht werden kann als im zweiten Gang.
Vierter Gang:
Dies wird als Direktpreis bezeichnet. Die Antriebskraft geht von der Eingangswelle direkt auf die Ausgangswelle. Das Motordrehmoment wird somit 1 zu 1 auf die Räder übertragen. Tatsächlich funktioniert das Getriebe im Moment nicht.
Bei einem Fünfganggetriebe ist der vierte Gang immer Direktantrieb. Bei einem 6-Gang-Getriebe ist der fünfte Gang jedoch Direktantrieb.
Fünfter Gang:
Im fünften Gang sind die beiden hinteren Kettenräder miteinander verbunden. Das größte Zahnrad auf der Sekundärwelle ist mit dem kleinsten Zahnrad auf der Abtriebswelle gekoppelt. Dies wird als „Overdrive“ bezeichnet. Die Abtriebswelle dreht sich jetzt schneller als die Eingangswelle.
Die Gänge 1, 2 und 3 sind Verzögerungen; Die Eingangswelle dreht sich schneller als die Ausgangswelle. Im vierten Gang dreht sich die Eingangswelle genauso schnell wie die Ausgangswelle (prise-direct). Dieser 5. Gang ist also eine echte Beschleunigung, denn in diesem Gang dreht sich die Abtriebswelle als einziges aller Gänge schneller als die Eingangswelle. Beim Fahren auf der Autobahn verringert sich die Motordrehzahl. Wenn Sie beschleunigen müssen, müssen Sie häufig in einen niedrigeren Gang zurückschalten.
Achteranzug:
Beim Einlegen des Rückwärtsgangs wird zwischen den Zahnrädern der Sekundär- und Abtriebswelle ein zusätzlicher Gang eingelegt. Wenn sich das untere Zahnrad gegen den Uhrzeigersinn dreht, dreht sich normalerweise das dagegen montierte obere Zahnrad im Uhrzeigersinn. Legt man ein weiteres Zahnrad neben das rechtsdrehende Zahnrad, dreht es sich wieder gegen den Uhrzeigersinn. Dies geschieht tatsächlich auch im Getriebe. Die Eingangswelle treibt einfach wie gewohnt an und der zusätzliche Gang sorgt dafür, dass sich die Ausgangswelle in die entgegengesetzte Richtung dreht.
Abschluss:
Oben wurde erläutert, dass durch die Kopplung unterschiedlich großer Zahnräder ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis (also Beschleunigung) entsteht und wie der Antriebsstrang dann läuft. Im Folgenden wird erläutert, wie das Ein- und Ausschalten der Gänge bei Betätigung des Hebels funktioniert.
Getriebebetrieb:
Wenn der Schalthebel im Innenraum bewegt wird, werden die Kabel oder Stangen (abhängig von der Art des Getriebes/Mechanismus) bewegt, die zum Getriebe führen.
Im Bild unten sehen Sie, dass sich der Balladeura-Schaft hin und her bewegen kann. Dieser Raum ist rosa markiert. Die Balladeur-Achse steuert die Schaltgabel. Die Schaltgabel drückt mit Hilfe des Schaltrings den Synchronring gegen das Ritzel. Beim Schalten in den nächsten Gang bewegt sich die Balladeurwelle zurück und bringt die Schaltgabel in die Neutralstellung. Beim Gangwechsel wird die gleiche Schaltgabel durch die Balladeur-Welle in die entgegengesetzte Richtung bewegt, um den anderen Gang einzulegen (z. B. vom dritten in den vierten Gang) oder eine andere Balladeur-Welle wird zum Bewegen der anderen Schaltgabeln verwendet.
Im Getriebe befinden sich mehrere Balladeurwellen. Jede Balladeur-Achse kann zwei Gänge ein- oder ausschalten. Die Bedienung der verschiedenen Balladeur-Achsen erfolgt durch Bewegen des Schalthebels nach links und rechts. Das Bild unten zeigt das H-Muster der Zahnräder.
Wenn der Fahrer den ersten Gang einlegen möchte, bewegt er zunächst den Schalthebel von der Mitte (N für „Neutral“) nach links. Die Schaltwelle greift in die Zähne der Schaltwelle des ersten und zweiten Gangs ein.
Durch Bewegen des Hebels nach oben (in den ersten Gang) wird die Balladeur-Achse nach hinten bewegt (im Bild nach rechts oben). Die Schaltgabel verbindet das erste Gangritzel mit der Achse.
Um in den zweiten Gang zu schalten, muss der Hebel nach unten (in die Neutralstellung) bewegt werden. Die Schaltgabel unterbricht die Verbindung zwischen Achse und Getriebe. Wenn Sie den Hebel weiter nach unten bewegen, verbindet dieselbe Schaltgabel den anderen Gang mit der Achse. Der zweite Gang ist jetzt eingelegt. Diese Balladeura-Achse schaltet also die Schaltgabel zwischen dem ersten und zweiten Gang.
Um in den dritten Gang zu schalten, muss zunächst das Ritzel des zweiten Gangs von der Achse gelöst werden. Dazu muss der Hebel zunächst wieder nach oben (in die Neutralstellung) bewegt werden. Anschließend muss der Hebel in die Mitte des H-Musters bewegt werden. Durch Bewegen des Hebels von links in die Mitte wird die Balladeura-Achse des dritten und vierten Gangs eingelegt. Durch Vor- und Zurückschieben des Hebels werden die Schaltgabeln für den dritten und vierten Gang nach vorne oder nach hinten bewegt, um diese Gänge einzulegen.
Beim Hochschalten in den fünften Gang wird der Hebel ganz nach rechts gedrückt. Die Balladeura-Achse des fünften Gangs und des Rückwärtsgangs ist verbunden. Um den fünften Gang einzulegen, wird die Balladeur-Achse nach vorne geschoben, damit die Schaltgabel das Ritzel mit der Achse verbinden kann.
Das Bild zeigt einen Schaltmechanismus. Dieser Seilzugmechanismus wird in einem Auto mit querliegendem Motorblock verwendet. Da die Hebel 1 und 2 durch die Druck- bzw. Zugbewegung der Seilzüge bewegt werden, erfolgt die Bewegung der Schaltgabeln durch einen sogenannten Schaltturm.
Synchronisationsgerät:
Wenn keine Synchronisierungseinrichtung verwendet wird, greifen die Zahnräder nicht ineinander oder knarren aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds. Um eine reibungslose Kopplung der Gänge zu gewährleisten, kommen Synchronringe zum Einsatz. Die Synchronringe sorgen dafür, dass beim Einschalten die Drehzahlen der Welle und des Getriebes gleich sind. Alle Gänge (1 bis 5 oder 6) sind synchronisiert, oft bis auf den Rückwärtsgang. Das merkt man auch daran, dass das Getriebe manchmal knarrt, wenn man den Rückwärtsgang einlegt. Manchmal sind die Rückwärtsgänge synchronisiert.
Die Zahnräder der nicht eingelegten Gänge drehen sich frei um die Abtriebswelle. Das Einlegen eines Ganges bedeutet also, ein frei rotierendes Zahnrad mit der Abtriebswelle zu koppeln. Beim Einlegen eines Ganges muss die Drehzahl der Abtriebswelle mit der Drehzahl des einzulegenden Ganges übereinstimmen. Der Synchronring ist über Keilnuten mit der Abtriebswelle verbunden und dreht sich daher mit der gleichen Drehzahl wie diese Abtriebswelle. Der einzulegende Gang hat eine andere Drehzahl als die Abtriebswelle, also auch eine andere Drehzahl als die Synchronisierung. Da sich die Schaltgabel bewegt, nimmt sie die Synchronisierung mit und der konische Teil des Synchronrings wird gegen die konische Innenfläche des Zahnrads gedrückt. Die konischen Abschnitte beider Teile werden gegeneinander gedrückt, wodurch die Reibung zwischen den konischen Flächen ausgeglichen wird. Wenn zwischen den beiden Gängen kein Geschwindigkeitsunterschied mehr besteht, kann die Schaltmuffe durchgeschoben werden, sodass die Zähne ineinander gleiten und der Gang somit knarrfrei eingelegt wird. Die Synchronisierung funktioniert nicht nur beim Einlegen der Gänge, sondern auch beim Gangwechsel und Herunterschalten.
Es ist sehr schlimm, wenn die Synchronringe sehr schnell schalten, also den Hebel sehr stark in einen Gang drücken. Der Synchronisierer hat dann keine Zeit zum Synchronisieren. Daher ist es beim Schalten am besten, den Hebel sanft gegen den Widerstand zu drücken und nur so lange zu drücken, bis er fast automatisch den Gang einlegt.
Ein Synchronring ist ein Verschleißteil. Beim Schalten entsteht Reibung, sodass das Teil mit der Zeit verschleißt. Bei normalem Gebrauch kann der Synchronring ein Autoleben lang halten, bei unsachgemäßem Gebrauch oder sportlichem Schalten verschleißen die Synchronringe jedoch vorzeitig. Der Abstand (3) zwischen dem Synchronring und dem Zahnrad im Bild unten wird kleiner. Dies liegt daran, dass sich der Synchronring an der Schnittstelle abnutzt, an der er das Kettenrad berührt. Dieser Teil wird durch den Abstand 1 angezeigt.
Nach der Demontage des Getriebes können die Synchronringe auf Verschleiß überprüft werden. Der Abstand zwischen Synchronring und Kettenrad kann mit einer Fühlerlehre gemessen werden. Der Gang darf nicht eingelegt sein. Wenn ein Synchronring verschleißt, wird der Abstand zwischen Synchronring und Zahnrad kleiner.
Der Hersteller des Fahrzeugs oder Getriebes beschreibt in den Werkstattunterlagen, wie hoch die Verschleißgrenze des Synchronrings ist. Liegt der gemessene Wert unter dem maximalen Verschleißwert in der Werkstattdokumentation, muss er ausgetauscht werden.
Demontage des Getriebes:
In diesem Abschnitt wird beschrieben, wie ein Getriebe zerlegt werden kann. Dadurch kann man sich ein gutes Bild davon machen, wie das Innere des Getriebes tatsächlich aussieht und wie die Teile im Getriebe ausgetauscht werden können. Dabei handelt es sich um ein Getriebe eines Autos mit Hinterradantrieb, bei dem der Motor längs angeordnet ist.
An der Rückseite des abgebildeten Getriebes können einige Schrauben entfernt werden. Anschließend kann die Rückseite abgezogen werden. Selbstverständlich muss vor der Demontage von Teilen zunächst das Getriebeöl abgelassen werden.
An der Rückseite ist der Innenraum mit den Achsen und Zahnrädern befestigt. Bei der Demontage kommt der komplette Innenraum aus dem Getriebegehäuse.
Auf der Innenseite ist das Lager der Sekundärwelle zu erkennen (auf der rechten Seite des Lochs, durch das die Primärwelle im montierten Zustand verläuft).
Auf der linken Seite des Antriebswellenlochs sind fünf Löcher zu sehen. Diese fünf Löcher enthalten die vier Enden der Balladeur-Achsen.
Das Bild zeigt die Antriebswelle, die Zahnräder und die Schaltwellen mit den Schaltgabeln. Beim Schalten dreht und bewegt sich die entsprechende Balladeurwelle, sodass die Schaltgabel den Synchronring des Zahnrads betätigt, um den Gang einzulegen.
Nachdem die Klemmstifte oder Schrauben, die die Schaltgabeln mit den Balladeur-Achsen verbinden, entfernt wurden, können die Balladeur-Achsen herausgezogen werden. Dadurch lockern sich die Schaltgabeln. Die Schaltgabeln können von den Achsen abgezogen werden.
Das Bild unten zeigt, wie die Zahnräder aussehen. Wenn Zahnräder oder Synchronringe ausgetauscht werden müssen, müssen die Wellen von der anderen Seite des Getriebegehäuses entfernt werden. Die Zahnräder und die Synchronisierung müssen von den Wellen gedrückt werden. Anschließend müssen die neuen Teile wieder auf die Achse gedrückt werden.
Um zu prüfen, ob die Synchronringe noch in Ordnung sind, muss der Abstand zwischen Ritzel und Synchronring gemessen werden. Ist der Abstand größer als der vom Hersteller angegebene Maximalwert, ist der Synchronring verschlissen. Der Synchronring muss ersetzt werden. Wie die Messung durchgeführt werden soll, wird im Abschnitt „Synchronisationsgerät“ auf dieser Seite beschrieben.
Konstantes Netz:
Bei einem Constant-Mesh-Getriebe kämmen die Zahnräder „ständig“ miteinander. Die Zahnräder sind auf der Abtriebswelle montiert und über Schaltmuffen und Klauenkupplungen miteinander verbunden. In der obigen Erklärung geht es immer um das Constant-Mesh-Getriebe.
Im Bild unten verschiebt sich die rechte Schaltmuffe nach rechts, um den ersten Gang einzulegen, und nach links, um den zweiten Gang einzulegen.
Schiebenetz:
Dies sind englische Wörter für „gleiten“ und „ineinandergreifen“. Bei diesem Getriebetyp werden die Gänge geschaltet, um einen bestimmten Gang auszuwählen. Dies wird heute noch in Rückwärtsgängen verwendet, in modernen Getrieben jedoch nie mehr, daher gehen wir nicht zu weit darauf ein. Die Zähne sind gerade und an den Enden abgeschrägt. Bei diesem Getriebetyp hört man beim Schalten immer ein Knarren, da es natürlich nicht synchronisiert ist.
Übersetzungsverhältnis:
Die Übersetzungsverhältnisse im Getriebe müssen genau berechnet und konstruiert werden. Das Bild unten zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit auf der X-Achse und die Kraft auf die Räder auf der Y-Achse. Es ist zu erkennen, dass im 1. Gang viel Kraft auf die Räder wirkt, aber bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit stoppt. Jeder Gang danach hat weniger Kraft auf die Räder und einen höheren Geschwindigkeitsbereich.
Klicken Sie hier, um zur Seite „Übersetzungsverhältnisse“ zu gelangen, wobei alle Übersetzungsverhältnisse über die geometrische Reihe und die korrigierte geometrische Reihe (Jante-Reihe) mit dem K-Faktor berechnet werden.
Für jedes Getriebe kann dann auch die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden.
