Das Schaltgetriebe
Hinweis, dieser Artikel baut auf dem Wissen aus dem Artikel Getriebe auf. Bitte lesen Sie den Artikel zuerst, falls noch nicht geschehen.
Dies ist ein Beispiel eines Schaltgetriebes. Die grüne Welle ist die Eingangswelle, die über eine Kupplung mit dem Motor verbunden ist. Die rote Welle ist die Ausgangswelle, die zu dem Differntial führt.
Die 5 Gänge (der Rückwärtsgang fehlt hier) sind klar zu erkennen an den 5 Zahnradpaaren.
Dieses Getriebe hat hier die Übersetungen:
1. Gang 3,16:1, 2. Gang 1.87:1,
3. Gang 1.29:1, 4. Gang 0.97:1
und der 5. Gang 0.73:1.
Auf den ersten Blick sieht das Ganze mechanisch unmöglich aus, ist aber relativ einfach erklärt:
Die Zahnräder auf der roten Welle sind nicht mit der Welle verbunden, sondern können frei darauf drehen. Sie werden nur an der Position gehalten.
Die Zahnräder auf der grünen Welle sind jedoch fest mit der Welle verbunden. Wenn sich nun die Eingangswelle dreht, drehen sich alle Zahnräder, jeweils dabei mit einer eigenen Geschwindigkeit.
Ist kein Gang eingelegt, dreht sich die Ausgangswelle nicht und alle Zahnräder drehen frei durch.
Gangwechsel
Hier der Teil für den Gang 1. Die anderen Gänge funktionieren identisch:
An jedem Zahnrad ist auf der Ausgangsseite ein weiteres Zahnrad montiert (hier gelb).
Dieses ist fest mit dem großen Zahnrad verbunden. Die Schaltmuffe (hier blau) kann über das Schaltgestänge entlang der roten Ausgangswelle verschoben werden. Ist kein Gang eingelegt, dreht sich die Muffe mit der Antriebswelle ohne dabei etwas zu berühren. Wird nun ein Gang eingelegt, wird die Muffe zu dem Zahnrad geschoben und die inneren Zähne der Muffe greifen gegen die Zähne des anderen Zahnrades. Dabei wird die Kraft von dem jetzt nicht mehr frei laufenden Gang-Zahnrad über die Muffe an die Ausgangswelle übertragen:
Bei dem Rausnehmen eines Gangs wird nun die Schaltmuffe wieder in die mittlere Position gebracht, in der sie frei laufen kann. Wird nun der nächste Gang eingelegt, schiebt sich die entsprechende Muffe dann wieder über ein Zahnrad.
Durch diese Konstruktion erfolgt die Kraftübertragung immer über die Schaltmuffe und das entsprechende kleine Zahnrad. Solange eine Kraftübertragung stattfindet, werden die Zähne der Schaltmuffe sehr stark an die Zähne des Zahnrades gepresst.
Das macht das Verschieben der Muffe sehr schwer. Deshalb muss die Kraftübertragung zum Entnehmen eines Ganges unterbrochen werden. Das geschieht durch das treten des Kupplungspedales.
Die Eingangswelle erhält nun keine Motorkraft mehr.
Die Wellen und Zahnräder werden von den Antriebsrädern angetrieben und drehen sich weiter.
Um das Getriebe am drehen zu halten wird kaum Kraft benötigt. Damit ist die Reibung an der Muffe gering und der Gang kann mit wenig Kraft rausgenommen werden.
Sobald nun der Gang draussen ist, wird die Eingangswelle nicht mehr mit Kraft versorgt und hört sich auf zu drehen. Damit bleiben dann auch alle Zahnräder in dem Getriebe stehen.
Soll nun ein neuer Gang eingelegt werden, gibt es ein kleines Problem: Die Schaltmuffen drehen sich, die passenden Zahnräder stehen.
Der Versuch die beiden jetzt zusammenzuschieben ergäbe ein kratzen der Zähne aufeinander, hohen Verschleiß und ein grausames Geräusch.
Bei den frühen Schaltgetrieben musste der Fahrer das durch ein sogenanntes "Doppel-Kuppeln" verhindern. Das hat nichts mit den modernen Doppelkupplungsgetrieben zu tun.
Beim Doppel-Kuppeln muss man bei entnommenen Gang die Kupplung kurz kommen lassen, den Motor auf die richtige Drehzahl bringen (durch Gasgeben oder audrehen lassen). Damit haben sich die Zahnräder der Muffe und des Rades in der Geschwindigkeit angeglichen.
Nun wirde die Kupplung erneut getreten, damit die Muffe bewegt kann. Ein typischer Schaltvorgang von z.B. 1. in den 2. Gang lief dann wie folgt ab: 1. Gang eingelegt, Kupplung getreten, Gang rausgenommen, Kupplung losgelassen. Motor auf die richtige Drehzahl gebracht, Kupplung getreten, 2. Gang eingelegt, Kupplung losgelassen. Nun war der 2. Gang eingelegt.
Synchronring
Bei den modernen Getrieben ist das zum Glück nicht mehr erforderlich. Dafür sorgt ein sogenannter Synchronring:
Dieser Ring (hier grün) ist an der Muffe befestigt. Kurz bevor sich die Muffe und das Zahnrad berühren beginnt der Synchronring zu greifen und bringt das Zahnrad auf die gleiche Drehzahl wie die Muffe. Je schnelle man den Schalthebel bewegt, desto schneller werden die Drehzahlen zwischen Muffe und dem Zahnrad angeglichen. Schnelles und ruckiges Schalten lässt so die Synchronringe schneller erhitzen und auch schneller verschleißen.
Rückwärtsgang
Was bei dem bisherigen Beispielgetriebe noch gefehlt hat, ist der Rückwärtsgang:
Dieser ist wie ein 6. Gang ein zusätzliches Zahnradsystem, was auch über die 3. Schaltmuffe bedient wird. Der Unterschied ist nun, dass wir wollen, dass die Ausgangswelle und damit die Räder die Drehrichtung ändern. Der Trick ist nun ganz einfach: Wie in der Einleitung gezeigt, ändert sich bei einem Zahnradübang die Drehrichtung. Wir bauen jetzt einen weiteren Zahnradübergang ein und haben die Richtung geändert.
Bei den meisten Getrieben ist es nicht ratsam, den Rückwärtsgang einzulegen, solange das Auto noch rollt.
Der Synchronring kann die hohen Unterschiede nicht schnell genug ausgleichen (die Welle dreht sich nicht nur verschieden schnell, sondern auch komplett andersrum). Der Die Folge ist "der Gruß aus dem Getriebe", ein böses Zahnradknirschen.
Es gibt Getriebe, da geht das mit niedrigen Geschwindigkeiten (unter 10 km/h), danach wird aber beim Einkuppeln die Kupplung böse gequält. Es ist auch da absolut nicht ratsam.
Der Schalthebel
Bei den Schaltgetrieben hat sich die sogenannte H-Schaltung etabliert, wobei es bei den neuen 7-Gang Getrieben eher eine HH Schaltung ist. Die Mechanik hinter dem Schalthebel ist recht einfach, durch das Vor- oder Zurückdrücken des Hebel wird die Schaltmuffe vor oder zurück gedrückt. Welche Schaltmuffe bewegt wird, wird durch die recht-links Position des Hebels festgelegt. Je nach Hersteller ist der Rückwärtsgang noch mit einer zusätzlichen Sperre ausgestattet, die verhindert, dass der Rückwärtsgang versehentlich eingelegt wird. Meistens ist das ein extra Knopf, den Hebel herunterdrücken oder einen Ring hochziehen.
Theorie und Praxis
Das hier beschriebene und bebilderte Getriebe ist in der Praxis ein klein wenig anders gebaut, aber funktioniert nach dem obigen Prinzip.
Das Beispielgetriebe hier hat 2 "Probleme":
Die Ausgangswelle dreht sich entgegen der Eingangswelle
und die Ausgangswelle ist räumlich versetzt zur Eingangswelle.
Beides lässt sich aber einfach korrigieren:
Es wird einfach die Ausgangswelle in der Flucht verlängert (hier blau). Das ist eine eigenständige Welle. Diese neue Welle wird zur Eingangswelle. Die bisher beschriebene Welle bleibt, wird aber dann Vorlegwelle genannt. Die Kraftübertragung erfolgt auch hier über ein Zahnradpaar. Hier können nochmal Übersetzungen gewählt werden, die dann alle Gänge beeinflussen.
Damit entspricht das Beispiel einem gängigen Getriebe.