Manuelle und automatisierte Schaltgetriebe

Zielformulierung dieses E-Books

Die Lektion „Manuelle und automatisierte Schaltgetriebe“, hat das Ziel, Sie mit der klassischen Getriebevariante des manuellen Schaltgetriebes sowie mit der wesentlich jüngeren Variante des automatisierten Schaltgetriebes vertraut zu machen.

Im ersten Schritt erfahren Sie, wie die Getriebetypen defi niert sind, wie sich das manuelle Schaltgetriebe historisch entwickelt hat und vor welchem Hintergrund hierauf aufbauend das automatisierte Schaltgetriebe entstand. Repräsentativ für den gesamten Fahrzeuggetriebebau zeigt Ihnen diese exemplarische Entwicklung, dass unterschiedliche Treiber zu neuen Getriebevarianten mit spezifischen Eigenschaften führen, eine optimale Lösung für alle Anwendungen aber nicht existiert.

Im nächsten Schritt werden wesentliche Getriebekomponenten benannt und Grundfunktionen des manuellen Schaltgetriebes näher erläutert. Darüber hinaus erfahren Sie, welche verschiedenen Ausführungen des manuellen Schaltgetriebes für die unterschiedlichen Antriebsstrangkonfi gurationen im Gesamtfahrzeug existieren. Diese Ausführungen werden Ihnen anhand von Praxisbeispielen näher erläutert.

Über die wesentlichen Komponenten bzw. Teilsysteme des manuellen Schaltgetriebes erfahren Sie im weiteren Schritt wichtige Details. Hierbei werden Ihnen einfache theoretische Zusammenhänge vermittelt sowie Ausführungsbeispiele aus der Praxis vorgestellt.

Im weiteren Verlauf werden Sie in die Systematik der automatisierten Schaltgetriebe mit unterschiedlichen Bauformen (Add-on oder integriert) und Betätigungsarten (hydraulisch oder elektromechanisch) eingeführt. Wichtig ist es hierbei, das Verständnis zu erlangen, wie der Ansatz der Verwendung eines manuellen Schaltgetriebes als Basis zur Optimierung der Eigenschaften des Getriebesystems weiterentwickelt werden kann. Als besonderen Schwerpunkt erlangen Sie Kenntnisse über realisierte und mögliche Potenziale zur Verbesserung der Schaltqualität des automatisierten Schaltgetriebes. Die erzielbare Schaltqualität repräsentiert die größte Herausforderung der automatisierten Schaltgetriebe. Sie markiert die Grenzen der Anwendungsmöglichkeiten solcher Systeme.

Im letzten Schritt werden Ihnen Potenziale zur Weiterentwicklung manueller und automatisierter Schaltgetriebe erläutert. Aus diesen technologischen Potenzialen lassen sich in Verbindung mit den Marktanforderungen zukünftige Markttendenzen ableiten. Diese vermitteln Ihnen ein abgerundetes Gesamtbild zu den beiden Getriebetechnologien.

Die abschließende Zusammenfassung der vermittelten Inhalte sowie die Aufgaben zur Selbstkontrolle dienen Ihnen zur Überprüfung Ihres erlangten Wissens.

Inhaltsverzeichnis

Zielsetzung 5

1 Einführung 6
1.1 Definition der Getriebetypen 6
1.1.1 Was ist ein manuelles Schaltgetriebe? 6
1.1.2 Was ist ein automatisiertes Schaltgetriebe? 7
1.2 Historische Entwicklungen 7
1.3 Systemeigenschaften 9

2 Manuelle Schaltgetriebe 12
2.1 Wie funktioniert das Schaltgetriebe grundsätzlich? 12
2.2 Getriebe in Inline-Bauweise 14
2.3 Transaxle in Längsbauweise 18
2.4 Transaxle in Querbauweise 21
2.5 Allgemeine Gesichtspunkte der Getriebeauslegung 27
2.5.1 Anordnung der Gangverzahnungen 27
2.5.2 Losradlagerungen 29
2.5.3 Rückwärtsgang 29

3 Getriebekomponenten 31
3.1 Synchronisierungen 31
3.1.1 Aufbau einer Sperrsynchronisierung mit Einfachkegel 32
3.1.2 Wie funktioniert der Synchronvorgang? 35
3.1.3 Mehrfachkegelsynchronisierung 38
3.1.4 Reibbeläge 38
3.1.5 Verbesserung des Schaltkomforts 39
3.1.6 Reduzierung der Verlustleistung 40
3.2 Innere Schaltung 40
3.3 Verzahnungen 44
3.3.1 Verzahnungsarten 44
3.3.2 Verzahnungsoptimierung 46
3.3.3 Verzahnungsschäden 47
3.4 Lager 49
3.5 Gehäuse 52

4 Automatisierte Schaltgetriebe 54
4.1 Add-on-Systeme versus integrierte Systeme 54
4.2 Hydraulische Systeme versus elektromechanische Systeme 60
4.3 Evolution der Schaltqualität anhand von Praxisbeispielen 67
4.4 Systeme ohne Zugkraftunterbrechung 70

5 Zukunftspotenziale 72
5.1 Potenziale des manuellen Schaltgetriebes 72
5.1.1 Leichtbau 72
5.1.2 Wirkungsgrad 76
5.1.3 Schaltbarkeit 78
5.1.4 Markttendenzen 79
5.2 Potenziale des automatisierten Schaltgetriebes 80

Zusammenfassung 81
Aufgaben zur Selbstkontrolle 83
Lösungen 84
Literaturverzeichnis 87
Abbildungsverzeichnis 88

Zusammenfassung des E-Books

Manuelle Schaltgetriebe sind seit Jahrzehnten am Markt etabliert und basieren auf der so genannten Vorgelegebauweise. Die Schnittstelle zum Fahrer stellt der von Hand zu betätigende Schalthebel dar. Der Schaltkomfort wird durch die äußere und innere Schaltung sowie die Synchronisierungen maßgeblich bestimmt.

Die Drehmomentwandlung erfolgt über permanent im Eingriff befindliche Zahnradpaare, die über die Synchroneinheiten auf die Wellen zuschaltbar sind. Die Verzahnungen sind sowohl in Bezug auf ihre Festigkeit als auch auf ihr Geräuschverhalten zu optimieren, um das Getriebe akustisch unauff ällig und auch bei hoher Laufleistung schadenfrei nutzen zu können.

Die Ausführung des Antriebsstranges bestimmt den Aufbau des Getriebes. Für Anordnungen mit Motor vorn und Antrieb hinten werden Inline-Getriebe verwendet. Transaxle integrieren das Achsgetriebe bzw. das Differenzial. Sie können für Front-, Heck- und Mittelmotoranwendungen in Längs- oder Querbauweise, wahlweise mit Antrieb vorn oder hinten eingesetzt werden. Das Transaxle in Querbauweise für Frontantrieb weist den größten Verbreitungsgrad beim Pkw auf. Aufgrund der sehr unterschiedlichen und teilweise auch fahrzeugspezifischen Anforderungen existieren für diesen Getriebetyp die vielfältigsten Ausführungen.

Trotz des hohen Reifegrades manueller Schaltgetriebe existieren noch viele Möglichkeiten zur Weiterentwicklung dieser Getriebetechnologie. Die Erhöhung der Leistungsdichte, Optimierung des Wirkungsgrades, Verbesserung der Schaltbarkeit und Reduzierung der Kosten stehen dabei im Vordergrund.

Moderne automatisierte Schaltgetriebe sind mittlerweile seit etwa zehn Jahren am Markt. Sie basieren auf den manuellen Schaltgetrieben, wobei das Kuppeln und Schalten durch fremdkraftbetätigte Aktuatoren erfolgt. Prinzipbedingt ergibt sich während des Schaltvorganges eine Zugkraftunterbrechung. Signifikante Vorteile gegenüber allen anderen automatisierten Systemen weisen sie bezüglich der erzielbaren Verbrauchsreduzierungen im Fahrzeugbetrieb auf.

Systemausführungen der automatisierten Schaltgetriebe existieren in Add-on-Bauweise und integrierter Bauweise, mit hydraulischen und elektromechanischen Aktuatoren. Der Schaltkomfort wurde im Laufe der Jahre entscheidend verbessert. Da diese Systeme aber häufig mit volllastschaltbaren Automatgetrieben verglichen werden, ist ihr Verbreitungsgrad nach wie vor eher gering. In den meisten Fahrzeugsegmenten sind sie als Brückentechnologie hin zum Doppelkupplungsgetriebe anzusehen, da diese Technologie die Vorteile des manuellen Schaltgetriebes mit dem Komfort eines Automatgetriebes verbindet.

Aufgrund ihres großen Kostenvorteils werden die manuellen Schaltgetriebe auch zukünftig hohe Bedeutung behalten. In Europa ist aufgrund steigender Komfortansprüche zwar von einem Rückgang der Verkaufszahlen auszugehen, weltweit werden die Volumen aufgrund des hohen Fahrzeugwachstums in Asien aber auf dem heutigen hohen Niveau bleiben.