Fahrzeuggetriebe

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge brauchen Getriebe, um Drehmomente und Drehzahlen zu wandeln, Bild 1.1. Entsprechend sind die Getriebe nach ihrem Einsatzgebiet und nach ihrem Verwendungszweck — z. B. Schaltgetriebe, Lenkgetriebe, Nebenabtriebe — zu unterscheiden. Dieses Buch behandelt ausschließlich Getriebe für Straßenfahrzeuge bzw. für Fahrzeuge im kombinierten On- und Off-Road-Einsatz, Bild 1.1, fett umrandet.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

2. Überblick über das System Verkehr — Fahrzeug — Getriebe

Zusammenfassung

Die Verflechtungen zwischen Verkehr und Verkehrstechnik einerseits und Gesamtwirtschaft andererseits sind eng und fundamental. Verkehrsvorgänge haben eine volkswirtschaftliche Basisfunktion ähnlich der des Geldes, ohne die eine moderne arbeitsteilige Volkswirtschaft mit komplizierten Kreislaufvorgängen nicht funktionsfähig ist, Bild 2.1.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

3. Leistungsbedarf und Leistungsangebot

Zusammenfassung

Das Fahrzeuggetriebe ist der Mittler zwischen dem Motor und den Antriebsrädern. Durch Drehmoment- und Drehzahlwandlung paßt das Getriebe das Leistungsangebot dem Leistungsbedarf an. Der Leistungsbedarf an den Antriebsrädern wird durch die Fahrwiderstände bestimmt /3.1, 3.2/.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

4. Kennungswandler — Wahl der Übersetzungen

Zusammenfassung

Im vorangegangenen Kapitel 3 wurde der Leistungsbedarf aus den Fahrwiderständen und das ihm gegenüberstehende Leistungsangebot des Motors behandelt. Der Verbrennungsmotor hat eine für Fahrzeuge schlecht geeignete Drehmoment-/Drehzahlcharakteristik. Siehe dazu auch Kapitel 2.3.2 „Warum brauchen Fahrzeuge Getriebe?“. Um der idealen Motorkennung, mit P _max = konst. über den ganzen Drehzahlbereich möglichst nahezukommen, sind Kennungswandler nötig. Kupplungen sind Drehzahl-, Getriebe Drehzahl- und Drehmomentwandler. Die Größe der Wandlung wird durch physikalische, nicht zuletzt aber durch praktisch sinnvolle Grenzen bestimmt. Diese sind vielfach vom Einsatzzweck abhängig.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

5. Zusammenarbeit Verbrennungsmotor — Getriebe

Zusammenfassung

In Kapitel 3 wurden der Leistungsbedarf und das Leistungsangebot behandelt. Danach wurden in Kapitel 4 die Grundlagen für die Wahl der Ubersetzungen erarbeitet. In diesem Kapitel geht es nun um die Abstimmung des Getriebes auf Motor und Fahrzeug. Dabei handelt es sich um Problemstellungen der Fahrzeuglängsdynamik. Die Optimierung des Antriebsstrangs und seiner Komponenten erfolgt durch rechnerische Fahrsimulation, Fahr- und Priifstandsversuche. Die Komponenten des Antriebsstrangs — Motor, Anfahrelement, Schaltgetriebe, Endantrieb etc. — müssen dabei “passend” zusammengeführt werden. Diese Abstimmung wird als “Powertrain — Matching” bezeichnet. Die wesentlichen Optimierungskriterien sind dabei

• Fahrleistungen,
• Kraftstoffverbrauch,
• Emissionen und
• Fahrkomfort.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

6. Systematik der Fahrzeuggetriebe: Konstruktive Grundkonzepte

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden konstruktive Grundkonzepte der Fahrzeuggetriebe systematisch vorgestellt. Daraus abgeleitete Konstruktionen werden in Kapitel 12 “Beispiele ausgeführter Konstruktionen” exemplarisch behandelt.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

7. Auslegung von Zahnradgetrieben für Fahrzeuge

Zusammenfassung

Das erklärte Ziel dieses Buchs ist es, den Entwicklungsprozeß für Fahrzeuggetriebe in seiner Gesamtheit darzustellen. In den Kapiteln 3 bis 5 wurde gezeigt, wie die Übersetzungen — als Eckdaten des Getriebes — gewählt werden. In Kapitel 6 wurden dann konstruktive Grundkonzepte vorgestellt. In den nun folgenden Kapiteln 7 bis 11 wird die Auslegung und Gestaltung wichtiger Bauteile behandelt.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

8. Auslegung und Gestaltung von Wellen

Zusammenfassung

Eine besondere Bedeutung bei der Auslegung von Fahrzeuggetrieben kommt der Gestaltung und Berechnung der Getriebewellen zu. Die Wellendurchmesser bestimmen entscheidend den Achsabstand eines Getriebes und damit seine Größe. Getriebewellen müssen daher besonders sorgfältig auf Festigkeit und Verformung ausgelegt werden.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

9. Schalteinrichtungen, Auslegung und Gestaltung von Synchronisierungen

Zusammenfassung

Bei Fahrzeuggetrieben sind Einrichtungen notwendig, die es ermöglichen, die Übersetzung und damit das Leistungsangebot dem aktuellen Fahrzustand anzupassen. „Leistungsanpassung vornehmen“ ist eine der vier Hauptfunktionen eines Fahrzeuggetriebes. Bei Handschaltgetrieben wird der Gangwechsel vom Fahrer veranlaßt und ausgeführt. Bei vollautomatisierten Getrieben führt die Getriebesteuerung die Übersetzungsänderung herbei. Die Entlastung des Fahrers von dieser Tätigkeit hängt bei teilautomatisierten Getrieben vom Grad der Automatisierung ab. (Siehe zu „Automatisierungsgrad“ die Kapitel 6.6 und 6.7.) Aber auch bei automatisierten Getrieben werden bestimmte Getriebefunktionen — Neutral, Rückwärts, Parken usw. — über einen Schalt-bzw. Wählhebel vom Fahrer bestimmt. Einrichtungen zur Übersetzungsänderung bei Stufenlosgetrieben sollen nachfolgend nicht behandelt werden.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

10. Hydrodynamische Kupplungen und Drehmomentwandler

Zusammenfassung

Der Verbrennungsmotor weist eine Mindestdrehzahl auf. Zum Anfahren aus dem Fahrzeugstillstand muß die Drehzahllücke zwischen niedrigster Motorbetriebsdrehzahl und der stillstehenden Getriebeeingangswelle geschlossen werden. Der hydrodynamische Drehmomentwandler ist das Standard-Anfahrelement bei konventionellen Automat-getrieben. Er ist nicht nur ein Drehzahlwandler (Kupplung), sondern ein Drehzahl-/ Drehmomentwandler (Getriebe). Nachfolgend steht der hydrodynamische Drehmomentwandler im Vordergrund. Die hydrodynamische Kupplung bzw. die hydrodynamische Strömungsbremse (Retarder) sind „reduzierte“ Wandler und gehorchen der gleichen Theorie.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

11. Hinweise zur Auslegung und Gestaltung weiterer Konstruktionselemente von Fahrzeuggetrieben

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird die Theorie, Auslegung und Gestaltung der Lager, Schmierung, Gehäuse, Abdichtungen und Dauerbremsanlagen von Fahrzeuggetrieben behandelt. Ziel ist es dabei, Hinweise für den Umgang mit diesen Konstruktionselementen zu geben. Bei den heute hochentwickelten Berechnungsverfahren, wie beispielsweise der Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Gehäuseberechnung oder der betriebsfesten Lagerauslegung, würde ein Behandeln aller Details zu weit gehen. An den entsprechenden Stellen wird auf weiterführende Literatur verwiesen.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

12. Beispiele ausgeführter Konstruktionen von Fahrzeuggetrieben

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden exemplarisch Getriebekonstruktionen vorgestellt und ihr konstruktiver Aufbau besprochen. Bezüglich der Räderanordnungen der vorgestellten Getriebe kann auf die Getriebeschemata in Kapitel 6 zurückgegriffen werden. Dies gilt insbesondere für Mehr-Gruppengetriebe.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

13. Motor-/Getriebemanagement, Elektronik und Informationsvernetzung

Zusammenfassung

Bei modernen Fahrzeugantriebssträngen spielt die Elektronik zur Steuerung einzelner Antriebskomponenten eine zunehmende Rolle. Nachdem Kennfeldsteuerungen mit Mikroprozessoren für Zünd- und Einspritzanlagen zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen heute bereits Standard sind, kommen verstärkt auch „intelligente“ Kupplungs- und Getriebesteuerungen zum Einsatz. Die Vorteile digitaler elektronischer Steuerungen anstelle der bisherigen mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Steuerungen liegen in der höheren Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung und in der Möglichkeit, eine größere Anzahl prozeßrelevanter Parameter erfassen und verarbeiten zu können. Eine gezielte Anpassung an verschiedene Antriebsvarianten kann über eine Softwareänderung schnell erfolgen. Dadurch reduziert sich der Entwicklungs- und Testaufwand erheblich. Durch Informationsvernetzung ist eine gemeinsame Nutzung von Sensoren sowie die gegenseitige Beeinflussung und Kontrolle von Steuerungen möglich.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

14. Übersicht über Entwicklungsablauf, Produktplanung und Methodisches Konstruieren

Zusammenfassung

Das vorliegende Buch will den Entwicklungsprozeß für Fahrzeuggetriebe in seiner Gesamtheit darstellen. Nur ein Produkt, das sich auch verkaufen läßt, ist erfolgreich! In den folgenden drei Kapiteln 14, 15 und 16 werden Hilfsmittel für die Entwicklung und Konstruktion von Fahrzeuggetrieben vorgestellt.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

15. Rechnerunterstützte Getriebeentwicklung, Fahrsimulation

Zusammenfassung

Moderne Entwicklungsverfahren wie “Simultaneous Engineering” oder “Rapid Proto-typing” (Kapitel 14.5) müssen sich in zunehmendem Maße auf der Simulation technischer und technologischer Vorgänge abstützen. Durch derartige Rechnersimulationen lassen sich Entwicklungszeiten abkürzen und damit Entwicklungskosten senken /15.1/.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

16. Zuverlässigkeit und Erprobung von Fahrzeuggetrieben

Zusammenfassung

Neue gesetzliche Auflagen, z. B. bei der Produkthaftung und im Umweltschutz, kürzere Innovationszeiten und gestiegene Kundenerwartungen erfordern immer größere Anstrengungen, um zuverlässige und sichere Produkte herzustellen. Um dies zu erreichen, müssen bereits während der Entwicklung des Produkts gewisse Grundregeln berücksichtigt werden. Die wichtigsten Grundregeln, die es bei der Entwicklung von Fahrzeuggetrieben zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit zu beachten gilt, sind im folgenden dargestellt:

• genaues Lastenheft,
• möglichst wenig Einzelteile,
• Verzicht auf Risikoteile,
• Austauschbarkeit von Verschleißteilen,
• Rechnersimulation des praktischen Einsatzes,
• Untersuchen des dynamischen Verhaltens des Triebstrangs,
• frühzeitige Komponenten-Versuche,
• umfangreiche Prüfstands- und Fahrerprobung,
• strengste Qualitätssicherung im Haus und bei Zulieferanten,
• Stichprobenkontrollen in der Serie.

Gisbert Lechner, Harald Naunheimer

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