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Profiwissen Getriebetechnik: Zahn um Zahn

Die Welt der Getriebe ist ein Kosmos für sich. Was in dieser Sphäre eine Rolle spielt, ist hier in knappen Stichworten von A bis Z zusammengefasst.

Automatikgetriebe

Schalten unter Last, ist vor allem bei Kommunalfahrzeugen, Stadtbussen und schwerem Gerät für den Bau nützlich. Die Verbindung zwischen Antriebswelle und Getriebe stellt ein hydrodynamischer Drehmomentwandler her, der zudem das Motordrehmoment beim Anfahren erhöht. Dem Wandler nachgeschaltet ist ein Planetengetriebe mit mehreren Planetensätzen. Lamellenkupplungen schalten die Planetensätze. Steuerung entweder rein hydraulisch oder elektronisch-hydraulisch.

Automatisiertes Getriebe

Konventionelles Schaltgetriebe, bei dem Muskelkraft durch elektromechanische, elektrohydraulische sowie elektropneumatische Stellglieder bis hin zur automatisierten Kupplung ersetzt sind.

Direktganggetriebe

Genau „1,0“ lautet die Übersetzung des höchstens Ganges beim sogenannten DD- oder auch Bergganggetriebe. Das eingehende Drehmoment gelangt ohne Wandlung und somit ohne Reibungsverluste via Kardan direkt an das Differen­zial der Antriebsachse.

Doppelkupplungsgetriebe

Schalten ohne Zugkraftunterbrechung – aber auf Basis eines gängigen Wechselgetriebes: Das macht Doppelkupplungsgetriebe für den Lkw so attraktiv. Beim TraXon-Dual-Getriebe von ZF sieht die Technik dahinter so aus: Ein vorgeschalteter Radsatz (Split-Gruppe) und ein nachgeschalteter (Bereichsgruppe) verdreifachen die Gangstufen der Hauptgruppe. Beim Doppelkupplungsgetriebe berechnet die Schaltsoftware den nächsten passenden Gang und legt ihn schon ein. Zum Gangwechsel schließt dann die eine Kupplung, während die andere öffnet.

Drehmomentwandler

Besteht aus Pumpen-, Turbinen- und Leitradrad. Das Leitrad sitzt zwischen Turbinen- und Pumpenrad. Sein besonderes Kennzeichen ist der sogenannte Einweg-Freilauf, mit dem das Leitrad den Flüssigkeitsstrom vom Turbinen- zum Pumpenrad zurücklenken kann. Genauso kommt die sogenannte Drehmomentüberhöhung zustande, die in der Regel Faktor 1,9 bis 2,5 erreicht. Praktisch: Mit zunehmender Angleichung der Drehzahlen von Turbinen- und Pumpenrad werden die Leitschaufeln des Leitrads zunehmend von hinten angeströmt. Bei synchroner Drehzahl dreht es sich einfach mit. Eine Drehmomentwandlung ist dann nicht mehr möglich.

Gangabstufung

Zwei Sorten stehen dem Konstrukteur zur Wahl. Entscheidet er sich für die geometrische Variante, bekommt die Schaltbox gleichmäßige Drehzahlsprünge von Gang zu Gang. Geht er progressiv vor, dann kommt es zu immer kleineren Drehzahlsprüngen, je höher die Gangstufe ist.

Gruppengetriebe

Statt für jeden gewünschten Gang ein zusätzliches Zahnradpaar in Anschlag zu bringen, setzt das Gruppengetriebe auf Vor- oder Nachschaltgruppe, meistens gar auf die Kombination beider Elemente. So kann es bei der ursprünglichen Zahl an Zahnradpaaren und Schaltelementen im Hauptgetriebe bleiben und die Zahl der Gangstufen vermehren sich dennoch wahlweise ums Doppelte bis Vierfache.

Hybridmodul

Hybridtechnik auch im Fernverkehr: Auch das bietet das neue automatische Getriebesystem TraXon, wie von ZF konzipiert. Ein spezielles zusätzliches Modul erlaubt es, Hybridtechnik auf langen Strecken zu nutzen. Bei TraXon Hybrid ist ein Elektromotor in der Kupplungsglocke untergebracht, die alle Ansprüche eines schweren Lkw ans hybridisierte Fahren erfüllt. Die Funktionalitäten reichen von der Wiedergewinnung der Bremsenergie (Rekuperation), über das rein elektrische Rangieren sowie das Abschalten des Motors im Stillstand (Start-Stopp-Funktion) bis hin zur Leistungsunterstützung des Verbrennungsmotors (Boosten).

Klauengetriebe

Bei dieser klassischen Bauart des Nutzfahrzeuggetriebes (auch „Allklauengetriebe“ genannt) sind zwischen den Gangrädern und den Schaltmuffen (Schiebemuffen) keine Gleichlaufvorrichtungen (Synchronringe oder -pakete) eingebaut. Die kraftschlüssige Verbindung, also ein eingelegter Gang, ist nur bei Gleichlauf oder Stillstand der folgenden zwei elementaren Bauteile möglich: den mit Klauen an den Seitenflanken versehenen Zahnrädern und den ebenfalls mit Klauen versehenen Schaltmuffen des Getriebes.

Kupplungsbremse

Bremseinrichtung mit Wirkung auf die Eingangswelle des Getriebes. Sinn der Übung: schnellerer Gleichlauf zwischen Antrieb und Abtrieb beim Hochschalten.

Nachschaltgruppe

Auch als „Bereichsgruppe“ oder „Range-Getriebe“ tituliert, besteht die Nachschaltgruppe in der Regel aus zwei Stirnradpaarungen oder einem Planetengetriebe. Ihr Sitz befindet sich am Heck der Schaltbox, zwischen Basisgetriebe und Kardanwelle. Die Nachschaltgruppe verdoppelt die Zahl der Gänge, die jeweils im gleichen Schema zu schalten sind. Aus einer H-Schaltung wird somit entweder ein Doppel-H – oder es geht per Range-Schalter jeweils in den gleichen Gassen, aber auf unterschiedlicher „Oktave“ weiter.

Nebenantrieb

Gibt es sowohl motor- als auch kupplungsabhängig. Während der motorseitige Nebenabtrieb meist direkt mit der Nockenwelle verbunden und Kupplung sowie Getriebe vorgeschaltet ist, setzt der kupplungsabhängige Nebenabtrieb in der Regel an der Abtriebsseite des Getriebes an und wird von der Vorgelegewelle angetrieben. Die Brücke zwischen beiden schlägt eine Klauenmuffe.

Planetengetriebe

Unter Last schaltbares Getriebe mit gleichachsigem An- und Abtrieb. Die Leistungsverzweigung erfolgt über mindestens drei Planetenräder. Alle Übersetzungen werden durch wechselweises Aktivieren der einzelnen Lauf­teile erreicht. Wesentliche Bauteile: Sonnenrad, Planetenräder (mit Planetenradträger)  und Hohlrad (innenverzahnt).

Spreizung

Beziffert als Quotient aus den Übersetzungen von niedrigstem und höchstem Gang den Übersetzungsbereich des Getriebes. Je höher der Wert ist, desto eher bringt das Getriebe kupplungsschonendes Rangieren und spritsparende niedrige Drehzahlen bei hohen Geschwindigkeiten unter einen Hut.

Synchronisierung

Nutzfahrzeuggetriebe mit Synchronisierung lösten in Europa vor circa einem halben Jahrhundert definitiv die unsynchronisierten Schaltboxen ab, auf die der US-Trucker aber heute noch schwört. Synchrongetriebe befinden sich hierzulande jetzt jedoch wieder auf dem Rückzug, weil automatisierte Wechselgetriebe auch ganz gut ohne Synchronisierung auskommen. Das spart Kosten sowie etwas Gewicht. Und findet seit Kurzem auch in Nordamerika zunehmend Anklang.

Verzahnung

Gerad- oder Schrägverzahnung stehen beim Getriebe zur Debatte. Geradverzahnung praktizieren zum Beispiel viele unsynchronisierte Getriebe, die dadurch zwar eine gewisse Geräusch­entwicklung in Kauf nehmen müssen, andererseits nicht mit Axialkräften konfrontiert sind. Schrägverzahnte Gangpaare haben den Vorteil, dass die Eingriffslänge der Zähne größer ist und immer mehrere Zähne zugleich Kontakt haben. Deshalb können schrägverzahnte Getriebe bei gleicher Breite höhere Drehmomente übertragen als geradverzahnte.

Vorgelegewellen-Bremse

Bremseinrichtung auf die parallel zur Hauptwelle laufende Vorgelegewelle, die für das Abbremsen der Schwungmasse aus Kupplung und Getriebe-eingang zuständig ist. Sinn der Übung: schnellerer Gleichlauf zwischen Antrieb und Abtrieb beim Hochschalten.

Vorschaltgruppe

Ist dem Wechselgetriebe eine Zahnradpaarung vorgeschaltet, spricht man von einer Vorschalt- oder Splitgruppe. Ohne ihr Zutun betragen die Gangsprünge im Hauptgetriebe eine volle Stufe. Tritt sie aber in Aktion, dann reduziert sich der Übersetzungssprung des Hauptgetriebes und die Abtriebswelle dreht bei gleichem Gang schneller. Eine Vorschaltgruppe verdoppelt also die Zahl der Gangstufen.

Wandler-Schaltkupplung

Für den Schwertransport entwickelte Kombination aus hydraulischen Drehmomentwandler und Trockenkupplung. Typisch sind folgende fünf Bauteile: Wandler mit Freilauf, Überbrückungskupplung, Schubfreilauf sowie Retarder und Schaltkupplung.

Wandler-Überbrückungskupplung

Aufgabe dieser speziellen Kupplung ist es, einen Reibschluss zwischen Turbinen- und Pumpenrad herzustellen, sobald beide im Gleichschritt marschieren. Das eliminiert den Schlupf und verbessert so den Wirkungsgrad.

Wechselgetriebe

Das Wechselgetriebe ermöglicht mehrere verschiedene Übersetzungen. Handschalter heutiger Bauart sind sogenannte Schaltmuffen-Synchrongetriebe, die beim Nutzfahrzeug häufig mit Vorschaltgruppe versehen sind. Sie bestehen aus Haupt- und Vorgelegewelle, Rücklaufwelle mit Rücklaufrad sowie je einer Zahnradpaarung pro Gangstufe. Die Zahnräder der Hauptwelle laufen frei drehbar, die der Vorgelegewelle sind fest mit ihr verbunden. Die Schaltmuffen sitzen in Keilnuten auf der Hauptwelle und sind axial verschiebbar. Sie verbinden das jeweilige Gangrad drehfest mit der Hauptwelle und stellen so die gewünschte Gangstufe her.

Zugkraft

Wie stark der Vortrieb ausfällt, bemisst sich nach genau vier Faktoren. Bis die Kraft des Motors erst einmal auf der Straße anlangt, geschieht Folgendes mit ihr: Im Getriebe wird sie mit genau dem Wert multipliziert, auf den die jeweilige Übersetzung der Gangstufe lautet. Das Hinterachsgetriebe multipliziert dieses Resultat noch einmal mit dem Faktor seiner eigenen Übersetzung. Rad und Reifen fungieren am Ende als Hebel, der aus der doppelt multiplizierten Kraft dann endgültig Zugkraft macht.

Autor

Foto

ZF

Datum

13. Juli 2015
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