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2016 | Book

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Das Getriebebuch

Authors: Robert Fischer, Ferit Kücükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

Book Series : Der Fahrzeugantrieb

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

Die Getriebetechnik hat einen bedeutenden Einfluss auf Verbrauch, Fahrbarkeit, Gewicht und Kosten von Fahrzeugen. Die Relevanz dieser Eigenschaften hat in der jüngeren Vergangenheit wesentlich zugenommen, und in der Wechselwirkung mit dem gesamten Antriebsstrang bzw. dem Gesamtfahrzeug werden Getriebe zunehmend wichtiger.

Mit dem Auftreten der Hybridtechnik ist noch mehr Leben in die Getriebewelt gekommen. Die Freiheitsgrade nehmen weiter zu und vielfältige Kombinationen aus Getriebe, Verbrennungsmotor und E-Motor sind machbar. Das Getriebebuch hat zum Ziel, das System- und Methodenwissen zur Getriebetechnologie darzustellen sowie Funktionen und Wechselwirkungen kennen zu lernen. Abstrahierend werden die zahlreichen Komponenten und Sub-Systeme eingeführt, so dass eine zeitlose Kompetenz vermittelt wird. Mit dem Wissen dieses Buches können auch neue Getriebekonzepte bewertet und entwickelt werden.

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Table of Contents

Frontmatter

1. Kernaufgabe der Fahrzeuggetriebe

Zusammenfassung

Die Grundlagen der Antriebsstrangauslegung sind das zentrale Element dieses Kapitels und die Basis für die Methoden- und Systemkompetenz zu Fahrzeuggetrieben. Zu Beginn werden die Kräfte am Fahrzeug und die Zusammensetzung des Zugkraftbedarfs erläutert. Diesem steht die Momentenbereitstellung des Antriebsstrangs gegenüber. Der Zusammenhang dieser beiden Größen, Bedarf und Verfügbarkeit von Zugkraft, wird sowohl für den Fall der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit als auch für Beschleunigungsvorgänge in Abschn. 1.1 und 1.2 aufgezeigt.

Ziel der Entwicklung des Antriebsstrangs ist es unter anderem, bei optimalem Verbrauch auch gute fahrdynamische Eigenschaften zu gewährleisten. Dieser Zielkonflikt, ansprechende Agilität bei gleichzeitiger Steigerung der Effizienz, wird in Abschn. 1.3 behandelt.

Dabei werden nicht nur das Getriebe mit dem Motor alleine, sondern alle kraftübertragenden Elemente bis zum Rad als Gesamtsystem Antriebsstrang betrachtet. Bis heute ist es bei der Entwicklung des Antriebsstrangs oft noch üblich, dass Getriebe und Motor aufgrund teilweise sehr unterschiedlicher Entwicklungsschwerpunkte getrennt voneinander entwickelt und später zusammengefügt und aufeinander abgestimmt werden. Während beim Motor ein Großteil der Entwicklungszeit dafür aufgewendet wird, die Abstimmung (quasi-)statisch am Motorprüfstand durchzuführen, muss das Getriebe dynamisch im Gesamtsystem des Fahrzeugs abgestimmt werden.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

2. Schaltdynamik und Komfort

Zusammenfassung

Bisher sind Anforderungen an Getriebe eingeführt, die mittels mehrerer Gänge und entsprechender Gangwechsel erfüllt werden. Dieses Kapitel beschreibt in Abschn. 2.1 die unterschiedlichen Abläufe einer Schaltung und vergleicht die ideale Schaltung mit qualitativ nicht akzeptablen Schaltungen. Sowohl die schaltungsbedingten Momentenänderungen als auch der Motor regen den Triebstrang zum Schwingen an. In Abschn. 2.2 werden auftretende Schwingungsformen und Eigenfrequenzen besprochen sowie Maßnahmen zur Reduktion dieser Schwingungserscheinungen erläutert.

Der immer deutlicher werdende Fokus auf Komfort führt dazu, dass die Beherrschung von Geräusch- und Vibrationsentwicklung stärker in den Vordergrund drängt. Abschn. 2.3 konzentriert sich auf das Thema Fahrzeugakustik und das Verhalten des Getriebes in diesem Spannungsfeld. Dadurch dass Triebstrang und Fahrzeugaufbau miteinander verbunden sind, kann der schwingende Triebstrang die Karosserie ebenfalls anregen und somit das Komfortempfinden wesentlich beeinflussen. Dies wird in Abschn. 2.4 diskutiert. Viele der Reaktionen sind für die Fahrzeuginsassen nur subjektiv wahrnehmbar. Mit der Beschreibung des physiologischen Empfindens des Menschen schließt dieses Kapitel.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

3. Elemente der Leistungsübertragung

Zusammenfassung

Mit den in Kap. 1 dargelegten Anforderungen aus Systemsicht werden im Folgenden die Elemente zur Leistungsübertragung besprochen. Aus ihnen lassen sich durch Kombination und Verschaltung zusammen mit den Betätigungssystemen (Kap. 4) Getriebe konfigurieren; eine Auswahl wird in Kap. 6 und 8 vorgestellt. Sie liegen im Leistungsfluss zwischen Motor und Rädern und erfüllen die Funktion der Drehzahl- und Momentenangleichung, sowohl in stationären als auch instationären Betriebszuständen. Die wichtigsten Elemente werden in jeweils eigenen Abschnitten behandelt, konstruktive Ausgestaltungen und die gebräuchlichsten Bauformen werden gezeigt. In einer abstrahierten Darstellung sind in Abschn. 3.1 zunächst die physikalischen Grundlagen und Wirkprinzipien eingeführt. Auf dieser Basis lassen sich die unterschiedlichen Charakteristika und Eigenschaften erarbeiten.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

4. Betätigungs-, Servo- und Hilfssysteme

Zusammenfassung

Entsprechend der in Kap. 1 eingeführten Kernaufgaben der Getriebe ergeben sich die Aufgaben der Leistungsübertragung und ihrer Schaltung oder Modulation (Kap. 3). Dazu werden Betätigungs- und Servosysteme eingesetzt. Darüber hinaus sind Schmierung und Kühlung der Getriebe sicherzustellen, dies wird mit entsprechenden Hilfssystemen erreicht. Dabei ergeben sich für unterschiedliche Getriebeausführungen (vgl. Kap. 6) individuelle Anforderungen und Funktionalitäten.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

5. Steuerung und Regelung

Zusammenfassung

Im Unterschied zu manuellen Getrieben werden automatisierte Schaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, Automatikgetriebe und stufenlose Getriebe mit zusätzlichen Komponenten ausgestattet, die eine teilweise oder vollständige Automatisierung des Schaltvorgangs erlauben. In diesem Kapitel werden die Prinzipien der Steuerung und Regelung allgemein beschrieben, einzelne Aspekte anhand von Doppelkupplungsgetrieben erläutert.

Zentraler Teil dieser Komponenten ist das elektronische Steuergerät. In diesem läuft ein Software-Algorithmus, der basierend auf Eingangssignalen eine Aktuatorik betätigt (vgl. Kap. 4).

In diesem Kapitel wird der typische Aufbau eines Steuergeräts in Abschn. 5.1 vorgestellt. Anschließend wird in Abschn. 5.2 auf die Architektur der integrierten Software eingegangen. Im Detail wird in Abschn. 5.3 erläutert, welche Prinzipien zur Signalverarbeitung zur Anwendung kommen. Darüber hinaus wird hier auch auf die Diagnose von Eingangssignalen eingegangen. In dem darauf folgenden Abschn. 5.4 wird aus Steuerungssicht erklärt, wie Schaltpunkte ermittelt werden. Daran anschließend wird in Abschn. 5.5 die Schaltdurchführung, unterteilt in die kurzfristige Regelung und die langfristige Adaption, erläutert. Abschn. 5.6 widmet sich dem wichtigen Aspekt der Sicherheit von Getriebesystemen. Abgerundet wird das Kapitel mit Abschn. 5.7 durch ein Ausführungsbeispiel zur Berechnung von Kupplungsdrehmomenten.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

6. Getriebekonstruktionen für Pkw-Anwendungen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel stehen Konstruktionen von Pkw-Getrieben im Fokus, die in Groß- oder Kleinserien verbaut werden. Getriebeanwendungen außerhalb des Pkw-Bereichs werden in Kap. 8 vorgestellt. Die im Folgenden betrachteten Getriebeanwendungen in Pkw können in Stufen- und Stufenlosgetriebekonzepte unterteilt werden. Stufengetriebekonzepte stellen Getriebevarianten dar, welche eine endliche Anzahl von Gängen besitzen. Dazu gehörenIhnen ist die Verwendung von Zahnrädern zur Leistungsübertragung sowie Schaltelementen zur Realisierung der prinzipbedingt notwendigen Übersetzungswechsel gemein.

Stufenlosgetriebe (CVT, continuously variable transmission) bilden die zweite Gruppe. Im Unterschied zu Stufengetrieben nutzen sie Variatoren zur stufenlosen Einstellung der Getriebeübersetzung. Abschn. 6.6 behandelt diese spezielle Getriebebauart.

Handschaltgetriebe werden im Detail in Abschn. 6.2, Stufenautomaten mit Wandler in Abschn. 6.5 behandelt. Diese Getriebearten dominieren seit jeher den Getriebemarkt im Pkw-Bereich. Dabei stellen Handschaltgetriebe die am häufigsten gebaute Getriebevariante für Pkw dar. Schon früh, aber lange Zeit ohne nennenswerte Stückzahlen und im gehobenen Segment zwischenzeitlich ganz verschwunden, gab es die automatisierten Handschaltgetriebe (Abschn. 6.3).

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

7. Elektrifizierung des Antriebsstrangs

Zusammenfassung

Bereits in Kap. 1 und auch in Kap. 6 sind Aspekte der Elektrifizierung gestreift worden. In diesem Buch ist den Hybrid- und Elektroantrieben ein eigenes Kapitel eingeräumt, die Gründe dafür sind:Die Spezifika elektrischer Antriebe, in Kombination mit dem konventionellen, verbrennungsmotorischen Antrieb und als ausschließlicher Fahrantrieb, werden in diesem Kapitel besprochen. Dabei wird unter dem Begriff elektrischer Antrieb die Kopplung einer für den Fahrzeugbetrieb optimierten elektrischen Maschine, einer zugehörigen Leistungselektronik (Umrichter, Inverter) und der erforderlichen Sensorik und Absicherung zusammengefasst.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

8. Getriebeanwendungen außerhalb des Pkw-Bereichs

Zusammenfassung

Über die in Kap. 6 vorgestellten Anwendungen der Pkw-Getriebe hinaus gelten bei Anwendungen in Lastkraftwagen (Lkw), Bussen, Traktoren, Motorrädern oder Rennwagen weitere Anforderungen und Spezifika für Getriebesysteme. Alle bisher gezeigten physikalischen Gesetzmäßigkeiten lassen sich analog anwenden. Bei der Entwicklung sind jedoch zusätzliche Funktionen und Anforderungen zu berücksichtigen, während andere Kriterien in den Hintergrund treten. Die in Kap. 1 hergeleitete Notwendigkeit, Drehzahlen und Momente der Antriebsmaschine auf die jeweiligen Fahr- oder Betriebszustände passend zu übersetzen, bleibt die Kernfunktion.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

Backmatter

Title: Das Getriebebuch
Authors: Robert Fischer
Ferit Kücükay
Gunter Jürgens
Burkhard Pollak
Copyright Year: 2016
Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-13104-3
Print ISBN: 978-3-658-13103-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-13104-3

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