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  Getriebe - Einführung 1



Fahrzeuge mit Elektromotoren als Antriebe haben keine Getriebe, denkt man, und macht bei den Daten hinter 'Getriebe' einen Strich. Das ist natürlich nicht korrekt, denn gerade der E-Motor passt mit seinen bevorzugten Drehzahlen so gar nicht zu den Bedürfnissen eines Kraftfahrzeugs. Er braucht in der Regel sogar zwei Zahnradsätze mit jeweils einem kleinen treibenden und einem großen getriebenen Zahnrad.


Ein Getriebe mit 'nur' einem Gang muss natürlich trotzdem als solches bezeichnet werden. Andernfalls wäre es ein 'Wechsel-' oder 'Schaltgetriebe'. Wird dieses ausschließlich von Hand geschaltet, handelt es sich um ein 'Handschaltgetriebe'. Auch der Achsantrieb mit z.B. Kegel- und Tellerrad ist also ein Getriebe, das hier die Aufgabe hat, Drehmoment und Drehzahlen den Anforderungen anzupassen.


Das wären dann Getriebe mit einem stets gleich bleibenden Verhältnis von Abtriebs- zu Antriebsdrehzahl, dem Übersetzungsverhältnis i. Die heutzutage im Kraftfahrzeug arbeitenden Getriebe sind meist formschlüssig, früher gab es auch kraftschlüssige, Stichwort: 'Reibradgetriebe'. Man müsste allerdings dem Thema 'Getriebe' auch die allermeisten Riementriebe zuordnen, sofern dort eine Übersetzung stattfindet. Auch die arbeiten kraftschlüssig.


Und selbst das wäre nicht korrekt, denn es gibt auch (Schalt-) Getriebe, bei denen ein Gang ein Übersetzungsverhältnis von 1 (Bild oben) hat, also praktisch keine Übersetzung stattfindet. Man nennt solche auch 'direkten Gang'. Übersetzungsverhältnisse können auch durch sogenannte 'Hydro-' oder 'Fluidgetriebe' hergestellt werden. Hydrostatische arbeiten mit hohem Druck und niedriger Fließgeschwindigkeit, hydrodynamische mit geringerem Druck und höherer Fließgeschwindigkeit.


Hydrostatische Antriebe finden sich beispielsweise beim Bagger (Bild oben), dessen Diesel (-elektrischer) Druckerzeuger auf einem drehbaren Gestell angeordnet ist und der trotzdem die Räder oder Ketten antreiben muss. Gute Beispiele für Hydrodynamik am Kraftfahrzeug sind die hydraulische Kupplung und der Drehmomentwandler. Bei letzterem kann man z.B. die Funktion als Getriebe auch daran ablesen, dass er eine Gangstufe des nachfolgenden Getriebes ersetzen kann.


Diese Art von Getrieben wird häufig mit einem Überlastschutz ausgerüstet. Bei Drehmomentwandlern kann man die Temperatur über Sensoren aufnehmen und entsprechend den Antriebsmotor anweisen, sein Drehmoment zurückzunehmen. Im Falle von Hydrostatik ist sogar ein Überlastventil (Bild oben) möglich, das Druckspitzen abfängt. Bei hydraulischen Antrieben sind variable und auch besonders große Übersetzungen möglich.


Im Gegensatz zu rädergetrieben ist bei hydrostatisch wirksamen die Übersetzungsfunktion zumindest von außen (Bild oben) kaum erkennbar, weil sie oft nur durch aufeinander zugeschnittene Zylinder- bzw- Kolbenquerschnitte realisiert wird. Bei hydrodynamischen Getrieben müsste man schon die einzelnen Drehzahlen bzw. Drehmomente messen, um Übersetzungen erkennen zu können.

Vielleicht spricht man ja den Getrieben bei Elektromotoren im Gegensatz zu denen an Verbrennern die Existenzberechtigung ab, weil sie dort kaum als solche zu erkennen sind. Das könnte u.a. an der Kupplung liegen, die beim Verbrenner stets Motor und Getriebe trennt. Der E-Motor braucht eine solche nicht, was seine Bauweise zusammen mit dem Eingang-Getriebe deutlich kompakter macht.

In Fahrzeugantrieben sind die Getriebe in punkto Drehmoment sehr gering belastet, wenn Sie das mit industriellen Belastungen vergleichen. Kfz-nah mag dabei der Schredder oder sogar die Presse sein, die in relativ kurzer Zeit aus einer Karosserie ein einigermaßen handliches Paket macht. Man sieht es auch an der Verlangsamung der vermutlich recht schnellen Bewegung des Pressen-Antriebs, dass hier große Kräfte erzeugt werden.

Man spricht von 50.000 bis 100.000 Nm Drehmoment. Auf das Kraftfahrzeug übertragen bedeutet das, beim Pkw werden vielleicht sehr gute 500 Nm vervierfacht, beim Lkw ebensolche 1.600 Nm verzehnfacht. Auch wenn dieser Faktor bei besonderer Langsamfahrt noch höher wird, an die oben genannten kommt er nicht heran.

Allerdings dürfen wir bei dem Überblick über die Getriebe auch nicht die vielen kleinen Helferlein vergessen, die E-Motoren dazu befähigen, z.B. die Heckklappe zu öffnen, die Schiebetüre zu schließen, den Außenspiegel einzuklappen oder den Sitz zu verstellen. Man fasst sie unter dem Begriff 'Servogetriebe' zusammen, mehr auf große Übersetzung als auf hohes Drehmoment ausgelegt.

Gerade in letzter Zeit wird das Baukastensystem von Getrieben deutlich. Am besten eignen sich dazu Automatikgetriebe, mehrheitlich von Zulieferern gefertigt. Seit dort auch noch ein elektrischer Antrieb möglich ist, sind z.T. Hybridlösungen allein oder kombiniert mit Dremomentwandler und gleichzeitig unterschiedlich vielen Gängen und wenn nötig das alles noch in ein und demselben Gehäuse möglich.


So kann es auch sein, dass ein bestimmter Typ Schaltgetriebe für den schwächeren Motor überdimensioniert ist, nur weil er für eine bestimmte Palette von Motoren konzipiert wurde. Auch die Schaltschemata von Handschaltgetrieben haben sich längst vereinheitlicht. Vorbei die Zeiten, wo man vor einer möglichen Rückwärtsfahrt auf dem Schaltknauf das Schaltschema studieren musste.

Schaltgetriebe lassen sich grundsätzlich unterscheiden nach der Lage von An- und Abtriebswelle. Geht erstere scheinbar gerade durch, sprechen wir von einem 'Koaxialgetriebe', ist die Abtriebswelle um einen Zahnraddurchmesser versetzt, von einem 'Parallelwellengetriebe'. Und bilden beide Wellen einen Winkel von 90°, wird das durch ein Winkelgetriebe ermöglicht. Natürlich ist ein Koaxialgetriebe, sofern nicht mit Planetensätzen ausgerüstet, innendrin ein Parallelwellengetriebe.


Im Kraftfahrzeug kann man diese Bauarten sehr gut zuordnen. Da ist zunächst das Winkelgetriebe an der Antriebsachse, aber nur, wenn der Motor längs angeordnet ist. Ein Koaxialgetriebe gibt es in der Regel bei der immer noch als 'Standardantrieb' (Bild oben) bezeichneten Formation von Frontmotor mit Hinterradantrieb. Und parallele Wellen gibt es bei allen anderen Anordnungen, egal ob Front- oder Hinterradantrieb, längs oder quer, Hauptsache, dem Motor folgt erst der Achsantrieb und dann das Getriebe (Bild unten).


Althergebrachte und sehr moderne Ausgleichsgetriebe sind ein guter Spiegel für Kegel- und Stirnradgetriebe (Bild unten), letztere mit einer deutlichen Platzersparnis. Dass Stirnräder auch ihre Verzahnung nach innen tragen können, zeigt sich bei Planetensätzen. Dort werden sie dann Hohlrad genannt und können durchaus auch zwei Planetensätze überspannen bzw. verbinden. Der herkömmliche Anlasser ist ein gutes Beispiel dafür, wie platzsparend auch so ein Planetensatz sein kann.


Das wird auch bei Parallelwellengetrieben versucht. Weil, wie schon erwähnt, der E-Antrieb oft zwei übersetzende Zahnradpaare braucht, werden diese nicht nebeneinander platziert, sondern die zweiten zurück auf die Ursprungswelle geleitet. Dazu muss die Ankerwelle des Motors hohl sein und das Drehmoment durch sie hindurch auf die andere Seite. Der Elektromotor wird fast zum Mittelmotor.


Vermutlich könnte man auch über Hohlwellen ein komplettes Kapitel oder ein Buch schreiben. Im Kfz-Bereich erlangten sie eine besondere Bedeutung, als man sich bei Audi entschloss, den sogenannten quattro-Antrieb (Bild oben) zu realisieren. In der ersten Stufe waren Vorder- und Hinterachse starr miteinander verbunden. Erst beim zweiten Anlauf, durch eine Welle in der Abtriebswelle, gelang es, ein Mittendifferenzial zu installieren.








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