Schaltgetriebe
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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 besitzen 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, dabei darf keine Leistung über die Vorgelegewelle geführt werden.
- 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 als Block umlaufen (Übersetzung 1:1, keine Verlustleistung) und erst im Gelände als Untersetzung zugeschaltet werden.
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. Im Pkw-Bereich 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.
Die Zahnräder von Haupt- und Vorgelegewelle oder An- und Abtriebswelle bilden Paare und greifen ineinander. Je ein Zahnrad ist auf seiner Welle fest montiert, das andere frei drehend, aber axial fixiert. Um einen Kraftschluss zwischen der Welle und dem frei drehenden Zahnrad herzustellen, werden diese mit einer Klauenkupplung auf der Welle fixiert. Eine Klauenkupplung ist auf der Welle verdrehsicher und axial verschiebbar befestigt. An den Flanken befinden sich Zahnprofile, deren Gegenstücke sich in der Zahnradflanke wiederfinden. Für einen Schaltvorgang wird die Klauenkupplung von der Schaltgabel gegen ein Zahnrad gedrückt. Rasten die Zahnprofile ein, ist der Gang eingelegt. Um den Schaltvorgang schonender zu gestalten, werden bei Fahrzeuggetrieben an den Seiten der Klauenkupplungen Synchronringe eingesetzt. Synchronringe gleichen vor dem Einrasten die Drehzahl des Zahnrades an die Drehzahl der Welle an. In der Regel sind die Gangräder schräg verzahnt; um die Geräuschentwicklung niedrig zu halten und größere Drehmomente übertragen zu können, sind hier ständig mehrere Zähne im Eingriff. Allerdings entstehen durch Schrägverzahnungen Axialkräfte, die von der Lagerung aufgenommen werden müssen, außer bei der Pfeilverzahnung. Dort gleichen die gegensinnigen Schrägverzahnungen (in einem Zahnrad) die Axialkräfte aus. Für die Rückwärtsfahrt ist eine Drehrichtungsumkehr erforderlich. Dies wird durch ein weiteres Zahnrad erreicht. Zum Gangwechsel muss der Kraftfluss unterbrochen werden. Dies wird durch eine Kupplung bewirkt. Der Fahrer betätigt hierbei 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.
