Automatische Fahrzeuggetriebe

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1. Auslegung der Getriebe

Zusammenfassung

Das Getriebe eines Kraftfahrzeugs ist der Teil des Triebstrangs, der die Aufgabe hat, das Drehmomentangebot des Motors an den Zugkraftbedarf des Fahrzeugs anzupassen. Zur optimalen Konzeption des Getriebes benötigt der Getriebeingenieur daher unbedingt auch Kenntnisse über die Arbeitsbedingungen von Fahrzeug und Motor. Erst wenn beider Betriebsbereiche beschrieben und analytisch oder graphisch miteinander kombiniert sind, können die Anforderungen an das Getriebe definiert werden.

Hans Joachim Förster

2. Automatische Stufengetriebe

Zusammenfassung

Der ideale Drehmomentwandler sollte bei einer gewählten Leistung die Faktoren Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit innerhalb der Grenzen des Wandlungsbereichs stufenlos und verlustfrei verändern können. Er verwandelt einen Betriebspunkt der Eingangsseite in eine Betriebslinie der Ausgangsseite und eine Betriebslinie am Eingang in ein Betriebsfeld am Ausgang. Doch konnten sich bisher weder mechanische noch hydraulische stufenlose Getriebe als Fahrzeuggetriebe einführen. Dafür gibt es vor allem drei Gründe:

• — Die Wirkung stufenloser Wandler kann durch die Kombination Motor plus Stufengetriebe recht gut angenähert werden.
• — Keines der bekannten stufenlosen Getriebe kann bis heute in bezug auf Wirkungsgrad, Bauaufwand und Kosten mit der Drehmomentwandlung einfacher Zahnradstufen konkurrieren.
• — Der größte Teil des Fahrzeugbetriebs spielt sich bei nur einer Übersetzung, der kleinsten Wandlung, ab, so daß die stufenlose Verstellung keine allzugroßen Vorteile bringt.

Hans Joachim Förster

3. Strömungsgetriebe (Föttinger-Getriebe)

Zusammenfassung

Strömungsgetriebe bestehen aus den Schaufelrädern Pumpe, Turbine und Leitrad (Bild 3.1). Das Pumpenrad verwandelt die mechanische Leistung des Eingangs in die hydraulische Leistung eines Massenstroms. Diese wird — nach Modifikation — im Turbinenrad wieder in die mechanische Leistung der Ausgangswelle zurücktransformiert. Hermann Föttinger ordnete 1905 Pumpenrad, Turbine und Leitrad hintereinander in einem geschlossenen Kreislauf an, vermied damit Verluste aus der Umwandlung zwischen Geschwindigkeit und Druck und steigerte dadurch den Wirkungsgrad. Föttinger-Getriebe sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften heute Bestandteil aller automatischen Fahrzeuggetriebe. Ihre Kennzeichen sind:

• — keine Berührung der leistungsführenden Schaufelräder;
• — verschleißfreier Betrieb;
• — innere automatische „Regelung“ der Drehmomentwandlung;
• — quadratische Zuordnung von Eingangsmoment zu Eingangsdrehzahl;
• — geringe Leistungsübertragung bei Leerlaufdrehzahl;
• — stabile Schnittpunkte mit Linien konstanter Stellgröße des Motors;
• — die Verlustwärme entsteht im Öl und kann leicht abgeführt werden;
• — Schwingungsdämpfung;
• — für Öl als Medium keine Kavitation;
• — Zweiphasen-Wandler erweitert Betriebsbereich und erhöht Wirkungsgrad;
• — selbsttätiger Übergang zwischen Wandler- und Kupplungsphase.

Hans Joachim Förster

4. Planetengetriebe

Zusammenfassung

Wandlungsbereich, Gangzahl und Übersetzungen für die Vor- und Rückwärtsgänge des Wechselgetriebes werden, wie vorher beschrieben, nach der Transportaufgabe des Fahrzeugs bestimmt. Dann wird ein aus mehreren Planetensätzen zusammengesetztes Getriebe gesucht, das diese Aufgabe mit möglichst einfachem Aufbau und gutem Wirkungsgrad erfüllt. Da es meist mehrere Lösungen gibt, sind Analyse und Synthese von Planetengetrieben ein wichtiges Teilgebiet der Konstruktion automatischer Fahrzeuggetriebe.

Hans Joachim Förster

5. Leistungsverzweigung

Zusammenfassung

Leistungsverzweigung beschreibt Anlagen, bei denen die Leistung einer Eingangswelle auf mehrere Wellenstränge aufgeteilt wird. Bei Getrieben wird sie in der Regel auch wieder auf eine Ausgangswelle zurückgeführt. In diesem Fall kann jede Parallelwelle entweder nur einen Teil der Eingangsleistung führen (Leistungsteilung) oder mehr als die Eingangsleistung (Umlaufleistung). Es wird noch in mehrfache und einfache und in äußere und innere Verzweigung gegliedert, Bild 5.1. Die Verzweigung der Leistung kann zwei Ziele haben:

• — Erhöhung des Getriebewirkungsgrads gegenüber dem des Wandlers. Bei Leistungsteilung wirken die Verluste im Wandler nur auf den kleinen Leistungsteil im Wandlerzweig. Der Wandlungsbereich des Getriebes ist kleiner als der des Wandlers.
• — Erhöhung der Getriebewandlung. Bei Umlaufleistung verarbeitet der Wandler mehr als die Getriebe-Eingangsleistung. Der Getriebewirkungsgrad ist schlechter als der Wandlerwirkungsgrad.

Hans Joachim Förster

6. Der automatische Gangwechsel

Zusammenfassung

Der Gangwechsel bei automatischen Fahrzeuggetrieben verlangt:

• — Aufrechterhaltung der Zugkraft,
• — stoßfreien, möglichst kontinuierlichen Übergang vom Ausgangsdrehmoment des alten zu dem des neuen Gangs,
• — kontinuierliche und monotone Änderung der Motordrehzahl,
• — Beachtung der Temperaturgrenzen der beteiligten Reibelemente.

Hans Joachim Förster

7. Kraftübertragung durch Reibung

Zusammenfassung

Die genaue Steuerung des Ablaufs der kraftschlüssigen Schaltung wird durch die vielen Faktoren, die ihn beeinflussen, sehr erschwert. Der Faktor mit der größten Bedeutung, aber auch der größten Toleranz, ist der Reibkoeffizient zwischen den beteiligten Reibflächen. Er ist weit davon entfernt, eine Konstante zu sein. Da in automatischen Getrieben ausschießlich nasse (ölbenetzte) Reibung angewendet wird, haben sowohl die Reibpaarung als auch das Öl (vgl. Kap. 9) Bedeutung.

Hans Joachim Förster

8. Elemente der Gangschaltung

Zusammenfassung

Zur Durchführung von Zugkraftschaltungen müssen die Mittelwellen der Planetengetriebe entweder festgehalten oder miteinander gekuppelt werden. Daher gibt es nur 3 Grundelemente, die für die Gangschaltung in Frage kommen: Freilauf, Bremse, Kupplung. Von jedem dieser Grundelemente gibt es viele Varianten der Ausführung. Die wesentlichen werden hier exemplarisch beschrieben.

Hans Joachim Förster

9. Ölkreislauf

Zusammenfassung

Öl ist ein wichtiges „Maschinenelement“ automatischer Getriebe, das in vielfältiger Weise benutzt wird. In diesem Abschnitt werden die Aufgaben des Mediums Öl, die Grenzbedingungen, unter denen es zu arbeiten hat, und die Elemente des Ölkreislaufs behandelt.

Hans Joachim Förster

10. Steuerung automatischer Getriebe

Zusammenfassung

In automatischen Getrieben müssen Kuppeln und Schalten, Handlungen die bisher der Fahrer durchführte, selbständig ablaufen. Dazu muß die Getriebesteuerung aus Informationen, die sie von Fahrer, Motor und Fahrzeug gewinnt, Entscheidungen treffen über:

• — Anfahren, falls dabei Eingriffe von außen erforderlich sind,
• — Gangwahl und Zeitpunkt des Gangwechseis,
• — Art des Übergangs von einem Gang zum anderen.

Hans Joachim Förster

11. Parksperre

Zusammenfassung

Die Parksperre ist eine mechanische Verriegelung der Getriebeausgangswelle am Getriebegehäuse. Meist wird dazu eine Zahnklinke, die am Gehäuse befestigt ist, in ein verzahntes Rad der Ausgangswelle eingelegt, Bild 11.1. So einfach diese Aufgabe zunächst erscheint, so zahlreich sind die Probleme, die gelöst werden müssen.

Hans Joachim Förster

12. Gehäuse für automatische Getriebe

Zusammenfassung

Die Gehäuseteile automatischer Getriebe beherbergen nicht nur die Getriebekomponenten, sondern sie sind selbst zunehmend Bauteile der Getriebefunktion. Ihre Gestaltung richtet sich nach Bauart (Standard oder Blockbauweise), Gangzahl (z. Z. 3 bis 8 Gänge), Konstruktionsprinzip (Lamellen- oder Bandbremsen) und Steuerungsart (hydraulisch oder elektronisch-hydraulisch), doch alle sind durch drei Besonderheiten gekennzeichnet:

• — Der innere Kräfteschluß in Planetengetrieben (im Gegensatz zu Vorgelegegetrieben) entlastet die Gehäuse von Querkräften der Verzahnung und macht das Verzahnungsgeräusch leichter beherrschbar.
• — Um Rohrverbindungen zu vermeiden, sind Gehäuse nicht nur umhüllender Behälter von Getriebebauteilen, sondern bilden einen integralen Bestandteil des Öl- kreislaufs.
• — Da Planetengetriebe durch Bremsen geschaltet werden, sind Getriebegehäuse Teil dieser Servoelemente, zumindest der Betätigungsorgane, bei Lamellenbremsen aber auch Teil dieser Bremsen selbst.

Hans Joachim Förster

13. Getriebeverluste (Wirkungsgrad)

Zusammenfassung

Für automatische Getriebe kann kein allgemeingültiger Wirkungsgrad angegeben werden. Die Gesamtverlustleistung setzt sich aus sehr unterschiedlichen Komponenten zusammen, deren Abhängigkeiten oft gegenläufig sind. Verlust- und Wirkungsgradbetrachtungen müssen daher immer auf definierten Fahrweisen beruhen.

Hans Joachim Förster

14. Getriebebeispiele

Zusammenfassung

Die Getriebebeispiele in diesem Buch sollen die Vielfalt der Lösungen zeigen, ohne daß damit ein Urteil über ihre technische oder wirtschaftliche Bedeutung gefällt wird. Die Eignung einer Getriebekonzeption ergibt sich immer aus dem Lastenheft, das einem Fahrzeugentwurf zugrunde liegt, isoliert kann sie nicht beurteilt werden. Da Ingenieure aus dem Studium von Skizzen und Zeichnungen mehr als aus verbalen Beschreibungen lernen, sind die Kommentare zu den Bildern bewußt kurz gehalten. Das wesentliche steht im Bild (Getriebeschema, Kutzbach-Plan, technischer Schnitt) und in der Bildunterschrift (Übersetzungen, betätigte Servos).

Hans Joachim Förster

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