Grundlegender Unterschied

Der Hauptunterschied zwischen Automatik- und Handschaltung liegt in der Art, wie die Gänge gewechselt werden. Bei einem Automatikgetriebe erfolgt der Gangwechsel automatisch durch das Fahrzeug, ohne dass der Fahrer eingreifen muss. Das System erkennt selbstständig, wann ein Gangwechsel nötig ist, und passt die Gänge entsprechend an. Bei einer Handschaltung hingegen steuert der Fahrer den Gangwechsel manuell über den Schaltknüppel und die Kupplung. Hierbei muss der richtige Gang je nach Fahrsituation und Geschwindigkeit ausgewählt werden.

Fahrkomfort

Die Automatikschaltung bietet spürbar mehr Komfort, da der Fahrer sich nicht um das Schalten kümmern muss. Dies ist besonders vorteilhaft im Stadtverkehr oder bei Stop-and-Go-Situationen, in denen häufiges Anhalten und Anfahren notwendig ist. Da kein ständiges Treten der Kupplung erforderlich ist, wird das Fahren entspannter und weniger anstrengend, was besonders auf langen Fahrten oder in Staus geschätzt wird.

Der technische Aufbau eines Schaltgetriebes

Ein Schaltgetriebe, auch Handschaltgetriebe genannt, ist eine mechanische Vorrichtung, die die Kraft des Motors auf die Räder überträgt und es dem Fahrer ermöglicht, durch manuelles Schalten der Gänge die Übersetzung zwischen Motor und Rädern zu ändern. Es besteht aus mehreren wesentlichen Bauteilen, die zusammenarbeiten, um die Drehzahl des Motors an die jeweilige Fahrsituation anzupassen. Hier folgt eine detaillierte Beschreibung der wichtigsten Komponenten und deren Funktionen:

1. Kupplung eines Schaltgetriebes

Die Kupplung ist das Bindeglied zwischen dem Motor und dem Getriebe. Sie trennt und verbindet die Motorkraft mit dem Getriebe, um den Gangwechsel zu ermöglichen. Wenn die Kupplung getreten wird, trennt sie den Motor vom Getriebe, sodass der Gang ohne Reibung gewechselt werden kann. Beim Loslassen der Kupplung wird die Verbindung wiederhergestellt, und die Motorkraft wird an das Getriebe übertragen.

• Bestandteile der Kupplung:
  • Kupplungsscheibe: Die Hauptkomponente, die die Drehbewegung des Motors überträgt.
  • Druckplatte: Sorgt für den nötigen Druck, um die Kupplungsscheibe mit dem Schwungrad des Motors zu verbinden.
  • Ausrücklager: Trennt die Kupplungsscheibe bei Betätigung des Kupplungspedals.

2. Getriebeeingangswelle eines Schaltgetriebes

Die Eingangswelle ist die erste Welle im Getriebe und wird direkt vom Motor angetrieben, sobald die Kupplung wieder in Verbindung tritt. Sie überträgt die Kraft vom Motor auf das Getriebe selbst.

3. Getriebeausgangswelle eines Schaltgetriebes

Die Ausgangswelle ist die Welle, die das Getriebe mit den Antriebsrädern verbindet. Sie dreht sich mit einer variablen Geschwindigkeit, abhängig davon, welcher Gang eingelegt ist.

4. Zahnräder eines Schaltgetriebes

Ein Schaltgetriebe verwendet verschiedene Zahnradsätze, um die Übersetzung zwischen der Motordrehzahl und der Drehzahl der Räder zu variieren. Jedes Gangpaar besteht aus einem Zahnrad auf der Eingangs- und einem auf der Ausgangswelle. Wenn ein Gang eingelegt wird, greifen die entsprechenden Zahnräder ineinander, um das gewünschte Übersetzungsverhältnis herzustellen.

• Übersetzung: Das Verhältnis der Anzahl von Zähnen des antreibenden Zahnrads (auf der Eingangswelle) zu denen des angetriebenen Zahnrads (auf der Ausgangswelle). Kleinere Zahnräder bieten höhere Drehzahlen, während größere Zahnräder mehr Drehmoment bereitstellen.

5. Synchronringe (Synchronisierungsmechanismus)

Um ein reibungsfreies Schalten zu ermöglichen, verwendet das Schaltgetriebe Synchronringe. Sie sorgen dafür, dass die Drehzahlen der Zahnräder aneinander angepasst werden, bevor die Zahnräder tatsächlich ineinander greifen. Dies verhindert das sogenannte "Kratzen" der Gänge beim Schalten.

• Funktion: Der Synchronring reibt leicht an den zu verbindenden Zahnrädern und gleicht die Drehzahlunterschiede aus, bevor der Gang komplett eingelegt wird.

6. Schaltgabeln eines Schaltgetriebes

Die Schaltgabeln sind mechanische Hebel, die über den Schaltknüppel mit den Zahnradsätzen verbunden sind. Beim Bewegen des Schaltknüppels wird die Schaltgabel in eine Position bewegt, die die Zahnräder verschiebt und so den entsprechenden Gang einlegt.

• Schaltmuffe: Die Schaltgabel bewegt die Schaltmuffe, die dann die Zahnräder auf der Welle mit der Ausgangswelle verbindet.

7. Gangwahlmechanismus eines Schaltgetriebes

Der Gangwahlmechanismus ist mit dem Schalthebel verbunden, den der Fahrer bedient. Wenn der Schalthebel bewegt wird, verschiebt der Mechanismus die Schaltgabeln, um das passende Zahnradpaar für den gewünschten Gang zu wählen.

• H-Schaltschema: Das typische Schaltschema (H-Muster) ermöglicht es dem Fahrer, den Schalthebel in verschiedene Positionen zu bringen, um Gänge von 1 bis 5 (oder mehr) und den Rückwärtsgang zu wählen.

8. Differential

Nach dem Getriebe kommt das Differential, das die Antriebskraft gleichmäßig auf die Räder verteilt. Es ermöglicht den Rädern, sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu drehen, insbesondere in Kurven. Es ist besonders wichtig, da die Räder auf der Innenseite einer Kurve kürzere Distanzen zurücklegen müssen als die Räder auf der Außenseite.

9. Gangübersetzung

Die Übersetzung der Gänge beeinflusst, wie sich das Fahrzeug verhält. Die ersten Gänge haben ein hohes Übersetzungsverhältnis, was mehr Drehmoment (Kraft) bei niedriger Geschwindigkeit bietet. Höhere Gänge haben eine niedrigere Übersetzung, was dem Fahrzeug erlaubt, schneller zu fahren, aber weniger Kraft zur Verfügung zu stellen.

• Erster Gang: Hohes Drehmoment, niedrige Geschwindigkeit – für das Anfahren und niedrige Geschwindigkeiten.
• Höhere Gänge: Niedriges Drehmoment, hohe Geschwindigkeit – für das Fahren bei höheren Geschwindigkeiten und geringerem Kraftaufwand des Motors.

Zusammenfassung des Funktionsprinzips des Schaltegtriebe:

Beim Schalten eines Gangs wird durch die Betätigung der Kupplung die Motorkraft kurz getrennt. Der Schalthebel verschiebt die Schaltgabeln, die wiederum die Zahnräder so anordnen, dass das passende Übersetzungsverhältnis gewählt wird. Die Synchronringe gleichen dabei die Drehzahlen an, um einen weichen Gangwechsel zu ermöglichen. Nach dem Schalten wird die Kupplung wieder verbunden, und die Kraft wird über die Zahnräder an die Ausgangswelle und schließlich an die Räder weitergegeben.

Der technische Aufbau eines Automatikgetriebe

Ein Automatikgetriebe ist ein komplexes System, das es dem Fahrzeug ermöglicht, die Gänge ohne manuelle Betätigung des Fahrers zu wechseln. Der wesentliche Vorteil eines Automatikgetriebes ist der Komfort, da der Gangwechsel vollständig automatisiert erfolgt. Automatikgetriebe haben einen technisch aufwendigen Aufbau, der eine Vielzahl von Komponenten umfasst, die miteinander arbeiten, um den optimalen Gang entsprechend den Fahrbedingungen zu wählen.

1. Wandler (Drehmomentwandler) des Automatikgetriebes

Der Drehmomentwandler ersetzt die Kupplung im Automatikgetriebe und stellt die Verbindung zwischen Motor und Getriebe her. Er ermöglicht es dem Motor, auch dann weiterzulaufen, wenn das Fahrzeug stillsteht, ohne den Motor abzuwürgen.

• Funktion: Der Wandler besteht aus zwei Hauptteilen, der Pumpenrad (mit dem Motor verbunden) und dem Turbinenrad (mit dem Getriebe verbunden). Zwischen diesen befindet sich der Leitrad, der den Fluss des Getriebeöls steuert und das Drehmoment verstärkt. Der Wandler überträgt die Motorleistung durch das Strömen von Öl, was zu einer sanften Kraftübertragung führt.

2. Planetengetriebe

Das Herzstück eines Automatikgetriebes ist das Planetengetriebe, das für die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse verantwortlich ist. Das Planetengetriebe besteht aus drei Hauptkomponenten:

• Sonnenrad: Befindet sich im Zentrum des Getriebes.
• Planetenräder: Kleine Zahnräder, die das Sonnenrad umkreisen.
• Hohlrad (Ringrad): Ein großes Zahnrad, das die Planetenräder umgibt.

Diese drei Zahnräder arbeiten zusammen und können verschiedene Übersetzungsverhältnisse erzeugen, je nachdem, welches der Zahnräder blockiert oder angetrieben wird. Durch diese Bauweise können mehrere Gänge ohne separate Zahnradsätze realisiert werden.

3. Hydraulisches Steuersystem im Automatikgetriebe

Das hydraulische Steuersystem ist entscheidend für die Funktion des Automatikgetriebes. Es steuert die Schaltvorgänge und die Funktionsweise der Kupplungen und Bremsbänder im Getriebe. Es funktioniert durch den Druck des Getriebeöls, der über Ventile geregelt wird.

• Hydraulikpumpe: Sie ist das Herz des hydraulischen Systems und erzeugt den notwendigen Druck, indem sie das Öl durch das System pumpt. Die Pumpe wird mechanisch vom Motor angetrieben.
• Ventile und Sensoren: Sie kontrollieren, welche Teile des Planetengetriebes blockiert oder bewegt werden, indem sie den Ölfluss regulieren. Elektronische Sensoren messen Faktoren wie Geschwindigkeit und Motordrehzahl, um den besten Gang zu wählen.

4. Kupplungspakete

Die Kupplungen in einem Automatikgetriebe bestehen aus Lamellenkupplungen. Diese Kupplungspakete werden hydraulisch gesteuert und entscheiden, welches der Zahnräder im Planetengetriebe angetrieben oder blockiert wird.

• Funktion: Jedes Kupplungspaket besteht aus einer Reihe von Reib- und Stahlscheiben. Durch hydraulischen Druck werden die Scheiben gegeneinander gedrückt, was entweder eine Komponente des Getriebes blockiert oder in Bewegung setzt.

5. Bremsbänder

Neben den Kupplungen gibt es im Automatikgetriebe auch Bremsbänder, die dazu verwendet werden, Teile des Planetengetriebes zu arretieren. Diese Bänder funktionieren wie Klammern, die sich um bestimmte Komponenten legen und sie so blockieren oder freigeben.

• Funktion: Die Bremsbänder verhindern, dass sich bestimmte Komponenten des Planetengetriebes drehen, wodurch verschiedene Übersetzungsverhältnisse erzeugt werden.

6. Ventilkörper

Der Ventilkörper ist das Gehirn des hydraulischen Steuersystems. Es handelt sich um ein Netzwerk von Kanälen und Ventilen, das den Fluss des Getriebeöls steuert. Der Ventilkörper entscheidet, welcher Gang eingelegt wird, indem er das Öl zu den richtigen Kupplungen und Bremsbändern leitet.

• Elektronische Steuerung: In modernen Automatikgetrieben wird der Ventilkörper oft von einer Steuereinheit überwacht, die Informationen von verschiedenen Sensoren im Fahrzeug erhält. Diese Steuerung bestimmt dann, welcher Gang aufgrund der Fahrsituation am besten ist.

7. Ölkühler des Automatikgetriebes

Das Getriebeöl muss gekühlt werden, um eine Überhitzung des Systems zu verhindern. Ein Ölkühler ist dafür verantwortlich, die Temperatur des Öls zu regulieren, insbesondere bei hoher Beanspruchung, wie etwa im Stop-and-Go-Verkehr oder bei Bergfahrten.

• Funktion: Das Öl wird durch einen separaten Kühler geleitet, der in das Kühlsystem des Motors integriert sein kann. Dies sorgt für eine längere Lebensdauer des Getriebes und gewährleistet eine gleichmäßige Leistung.

8. Steuerelektronik (ECU – Electronic Control Unit)

Moderne Automatikgetriebe verwenden eine elektronische Steuereinheit (ECU), um die Schaltvorgänge präzise zu steuern. Diese Einheit überwacht verschiedene Parameter, wie Motordrehzahl, Geschwindigkeit, Gaspedalstellung und Last, und entscheidet auf Basis dieser Daten, wann ein Gangwechsel notwendig ist.

• Adaptives Schalten: Einige Automatikgetriebe verfügen über adaptive Steuersysteme, die sich an den Fahrstil des Fahrers anpassen. Beispielsweise wird bei einem sportlichen Fahrstil aggressiver geschaltet, während bei einer gemütlichen Fahrweise sanftere Gangwechsel bevorzugt werden.

9. Überbrückungskupplung (Lock-Up Kupplung)

Die Überbrückungskupplung befindet sich im Drehmomentwandler und dient dazu, den Wandler bei höheren Geschwindigkeiten "auszuschalten", sodass eine direkte Verbindung zwischen Motor und Getriebe hergestellt wird. Dadurch wird Energie gespart, und der Kraftstoffverbrauch wird reduziert, da der Leistungsverlust im Wandler vermieden wird.

10. Gangwahlhebel (Schalthebel) des Automatikgetriebes

Der Gangwahlhebel wird vom Fahrer bedient, um zwischen verschiedenen Modi zu wählen, wie Parken (P), Rückwärts (R), Neutral (N) und Fahren (D). In manchen Fahrzeugen gibt es auch manuelle Schaltmodi (wie +/-), bei denen der Fahrer manuell in einen höheren oder niedrigeren Gang schalten kann, wobei die eigentliche Kraftübertragung jedoch weiterhin automatisch erfolgt.

Funktionsweise in der Praxis

Ein Automatikgetriebe funktioniert, indem es die Motorleistung kontinuierlich über das Planetengetriebe und den Drehmomentwandler auf die Räder überträgt. Abhängig von den Fahrbedingungen und der Motorlast entscheidet das Steuersystem, wann der Gang gewechselt werden muss, und sendet die entsprechenden Signale an die hydraulischen Komponenten, die dann die Kupplungen und Bremsbänder betätigen, um das richtige Zahnradpaar zu wählen.

Zusammenfassung

Der technische Aufbau eines Automatikgetriebes ist hochkomplex und kombiniert hydraulische, mechanische und elektronische Systeme. Die wichtigsten Bauteile sind der Drehmomentwandler, das Planetengetriebe, die Kupplungspakete, der Ventilkörper und die Steuereinheit. Durch diese Zusammenarbeit wird der Fahrer von der Notwendigkeit befreit, selbst die Gänge zu wechseln, was den Fahrkomfort erheblich erhöht.

Verbrauch und Effizienz

Moderne Automatikgetriebe sind mittlerweile so effizient, dass sie in vielen Fällen einen ähnlichen oder sogar besseren Kraftstoffverbrauch bieten als Handschaltungen. Dennoch war die Handschaltung traditionell sparsamer, da der Fahrer die Gänge bewusst wählen konnte.