Fahrzeuggetriebe

Ein Fahrzeuggetriebe ist das Getriebe im Antriebsstrang eines Fahrzeuges, das die Motordrehzahl auf die Antriebsdrehzahl übersetzt.

Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor ist es als (manuelles oder automatisches) Schaltgetriebe ausgeführt, um den Faktor zwischen kleinster und größter Geschwindigkeit mit dem Faktor zwischen kleinster und größter Motordrehzahl zur Deckung zu bringen.

Bei Elektrofahrzeugen wird meistens ein Festgetriebe eingesetzt, da Elektromotoren keine Mindestdrehzahl benötigen und die Leistung über einen erheblich größeren Drehzahlbereich gleichmäßig bereitstellen können.

Das Fahrzeuggetriebe ist eine Unter-/Sonderform des allgemeinen Getriebes, wie der Begriff im Maschinenbau definiert ist: Im Allgemeinen werden Vorrichtungen für jegliche kinematisch gekoppelte Wandlung oder Umsetzung von Bewegungen „Getriebe“ genannt.

Fahrzeuggetriebe erlauben es, die engen Drehzahlbereiche von Verbrennungsmotoren in die für einen normalen Fahrbetrieb notwendigen Raddrehzahlen umzuformen.

Bei einem Schaltgetriebe – auch Wechselgetriebe genannt – werden die Drehzahlübersetzungen durch die Zahnradpaare gebildet. Die häufigste Ausführung eines Handschaltgetriebes ist die des Stirnradgetriebes. Geschaltet wird durch die Schaltmechanik im Getriebe. Diese Mechanik im Getriebe ist wiederum über ein Gestänge oder Seilzug mit einem Schalthebel verbunden.

Das Drehmoment wird auf die Getriebeeingangswelle von der Kupplung über ein Keilwellenprofil übertragen. Auf der Getriebeeingangswelle sind entweder die Zahnräder der einzelnen Getriebestufen montiert, die mit der Getriebeausgangswelle kämmen oder Eingangswelle und Ausgangswelle des Getriebes sind koaxial (fluchtend), aber geteilt (gemeinsam als Hauptwelle bezeichnet) mit einer achsparallelen Vorgelegewelle.

Schaltgetriebe lassen sich zunächst in der Art des An- und Abtriebes unterscheiden:

• Sind An- und Abtriebswelle koaxial (fluchtend), so hat das Getriebe zusätzlich eine Vorgelegewelle. Diese Bauform findet sich vor allem bei längseingebauten Frontmotoren mit Heckantrieb.
• Die Bauform mit parallel versetzter An- und Abtriebswelle wird meist in Fahrzeugen mit Frontantrieb durch quer- oder längseingebautem Frontmotor oder bei Fahrzeugen mit längs-/quereingebautem Heckmotor und Heckantrieb (Bus, Sport- und Kleinstwagen) verwendet.

Dort, wo Motoren durch viele Zylinder lang bauen (Oberklasse, LKW) dominieren die koaxialen Getriebe, da für die langen Motoren und ein langes Getriebe mit kleinem Durchmesser genügend Bauraum im Fahrzeug ist.

Bauarten mit koaxialen Wellen haben meist mehrere der folgenden Merkmale:

• Die aus An- und Abtrieb bestehende Hauptwelle ist geteilt, auf der Antriebsseite befindet sich die Vorschaltgruppe.
• Die Vorschaltgruppe am Getriebeeingang überträgt über eines oder eines von mehreren Zahnradpaaren die Leistung auf die Vorgelegewelle.
• Die Vorgelegewelle(n) sind ihrerseits wieder mit mehreren Zahnradpaaren (Übersetzungsstufen) zur Ausgangsseite der Hauptwelle verbunden.
• Die Nachschaltgruppe oder Range-Splitter befindet sich auf der Verlängerung der Hauptwelle am Getriebeausgang.
• Der direkte Gang verbindet An- und Abtriebswelle meist formschlüssig; die Vorgelegewelle läuft ohne Momentenübertragung „frei“ mit.
• Bei rein manueller Betätigung des Getriebes gibt es für Vorschaltgruppe, Vorgelege und Nachschaltgruppe je einen Wählhebel.

Die Anzahl der Gänge ergibt sich als [Gangzahl Vorschaltgruppe] × [Gangzahl Vorgelege] × [Gangzahl Nachschaltgruppe].

Die Vorschaltgruppe wird bei Fahrzeugen verwendet, die viele Übersetzungsstufen brauchen, wie LKW. Für die Nachschaltgruppe bieten sich Planetengetriebe an, die im Normalbetrieb ohne Verlustleistung als Block umlaufen (Übersetzung 1:1) und erst bei Bedarf zugeschaltet werden: als Untersetzungsgetriebe für das Fahren abseits der Straße in Geländefahrzeugen oder als Overdrive mit Übersetzung ins Schnelle um einen „Schongang“ zu verwirklichen.

Getriebe mit parallel-versetzten Wellen führen die Leistung von der Antriebswelle über Zahnradstufen zur Abtriebswelle, das Vorgelege entfällt. Ein 1:1-übersetzter Gang ist nur über ein Zahnradpaar möglich, der günstige Wirkungsgrad eines direkten Ganges ist also nicht möglich. In PKW werden in der Regel wenige Gänge benötigt, so dass die Vorschaltgruppe meist nur aus einem Zahnradsatz besteht und eine Nachschaltgruppe entfällt.

Bei allen Fahrzeuggetrieben versucht man, den Abtrieb nahe an die Mitte der gedachten Achse der angetriebenen Räder zu legen, um Einflüsse aus unterschiedlich langen Antriebswellen und technische Begrenzungen beim Lenkeinschlag zu vermeiden. Dies ist bei Frontantrieben mit quereingebauten Motoren besonders schwierig, hier sind nur kurze Getriebe möglich, die dafür einen etwas größeren Durchmesser haben dürfen. Der Abtrieb zum Differential befindet sich an der Motorseite. Um das Getriebe kurz und mit größerem Durchmesser zu bauen, werden meist mehrere Abtriebswellen verwendet, die alle jeweils über ein Zahnrad mit einem Zahnrad auf der Haupt-Abtriebswelle verbunden sind; jede Abtriebswelle trägt nur einen Teil der Gänge.

Zum Gangwechsel muss der Kraftfluss unterbrochen werden. Dies wird durch eine Kupplung bewirkt. Der Fahrer betätigt hierbei das Kupplungspedal oder den Kupplungshebel, die Kupplung trennt und er kann mit dem Schalthebel und der damit verbundenen Schaltmechanik im Getriebe einen Gang wechseln (Schaltvorgang). Das Schaltgetriebe ist auch heute noch die am häufigsten anzutreffende Getriebeart in Kraftfahrzeugen.

Automatisierte Betätigung

Ende der 1920er Jahre wurde bei der englischen Daimler Motor Company eine Schalthilfe entwickelt, die aus der Kombination eines Wechselgetriebes mit gekoppelten Planetenradsätzen nach dem Konzept des irisch-britischen Ingenieurs Walter Gordon Wilson mit einer Strömungskupplung nach Ideen des Deutschen Hermann Föttinger bestand. Bei den ab 1930 als Fluid Flywheel hauptsächlich in britischen Doppeldeckerbussen eingesetzten automatisierten Vorwählgetrieben wurde an einem kleinen Wahlhebel an der Lenkradsäule die Gangstufe mit Druckluft-Unterstützung voreingestellt und mit dem linken Kupplungspedal geschaltet.[9] Dies war wesentlich leichter als der Kraftaufwand beim sonst üblichen Kuppeln, Zwischengas-Geben und Schalten über ein mechanisches Gestänge. Die Associated Equipment Company (AEC) benutzte das Vorwählgetriebe mit Fluid Flywheel für tausende von Bussen (z. B. AEC Regent III = RT) des London Passenger Transport Boards (LPTB) und dessen Nachfolgeunternehmens London Transport Executive (LTE).

Üblich ist ein Wählhebel auf dem Fahrzeug-Mitteltunnel mit den Einstellmöglichkeiten

• P: Park, Parkstellung mit mechanischer Verriegelung des Getriebes gegen Wegrollen
• R: Reverse, Rückwärtsgang
• N: Neutral, Leerlauf
• D: Drive, Vorwärtsfahrt mit automatischer Gangwahl

In Automatikgetrieben wird üblicherweise diese Reihenfolge eingehalten, da beispielsweise in den USA gesetzliche Vorgaben dafür existieren.[10]

Manche Getriebe bieten weitere Fahrstufen an. Oft ist ein manueller Modus möglich: beispielsweise M oder S in Verbindung mit + und −. Eine Vorrichtung zum manuellen Schalten des Automatikgetriebes in einer zweiten Schaltgasse oder mit gesonderten Bedienelementen. Der Fahrer kann so eine manuelle Vorwahl treffen, um in die Getriebesteuerung einzugreifen und eine höhere oder niedrigere Fahrstufe wählen.

Im internationalen Vergleich liegt der Anteil der mit Automatikschaltung ausgerüsteten Personenkraftfahrzeuge in Westeuropa nach wie vor unter den Prozentsätzen von Ländern wie den USA und Japan. Seitens der deutschsprachigen Fachpresse wurde mit Erscheinen ausgereifter Wandler-Getriebekonstruktionen, etwa von ZF, schon in den 1960er Jahren ein klarer Trend zum Automatikgetriebe gesehen. Tatsächlich wurde von PKW-Käufern in Europa jedoch noch lange Zeit das manuelle Schaltgetriebe bevorzugt. Erst in der jüngeren Vergangenheit hat sich das Verhältnis zugunsten der Automatikgetriebe verschoben: Waren 2000 noch nur 20 Prozent, 2010 27 Prozent der in Deutschland hergestellten Neuwagen mit einem Automatikgetriebe ausgestattet, stieg diese Zahl bis 2018 auf 48 Prozent, 2022 auf 60 Prozent an. Als erste große deutsche Marke kündigte Mercedes-Benz 2020 an, bei der Entwicklung neuer Fahrzeuggenerationen künftig völlig auf manuelle Schaltgetriebe verzichten zu wollen. Im Mai 2022 läuft diese Umstellung in der gesamten Produktpalette bei Mercedes und anderen Herstellern.

Automatikgetriebe hatten in der Vergangenheit einige Nachteile gegenüber manuell betätigten Schaltgetrieben, die jedoch kaum oder gar nicht mehr zutreffend sind:

• geringeres Beschleunigungsvermögen (wenn keine Wandlerüberhöhung vorliegt)
• geringere Endgeschwindigkeit
• höheren Verbrauch
• verzögertes Ansprechen zu Beginn eines Überholvorgangs,
• Aufpreis gegenüber dem Schaltgetriebe (nicht in allen Märkten üblich)
• andere Verkehrsverhältnisse

Hinzu kommt das mitunter unsportliche Image der Automatik, die in der klassischen Form des Wandlers mit Planetengetriebe selten im Motorsport anzutreffen ist.

Einer schwedischen Studie zufolge senkt die Verwendung eines Automatikgetriebes bei Senioren die Anzahl der Fahrfehler, bei Fahrern mittleren Alters besteht hingegen kein derartiger Zusammenhang.

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