mini|hochkant=1.4|Acht-Stufen-Automatikgetriebe vom Typ 8HP 70, entwickelt/hergestellt von der ZF Friedrichshafen. Einsatz bei BMW, Jaguar und Rover von 2008 bis 2022 mini|hochkant=1.4|Fahrzeugschaltgetriebe eines LKW:Die drei Schaltgabeln und liegen zwischen je zwei Zahnrädern links, in der Mitte und rechts.
Als Wechselgetriebe (umgangssprachlich: Fahrzeuggetriebe) bezeichnet man das Getriebe im Antriebsstrang eines Fahrzeuges, das die Drehzahl und das verfügbare Drehmoment des Antriebes an die Drehzahl und das notwendige Drehmoment des Abtriebes durch Wechsel des Übersetzungsverhältnisses anpasst.Eine Gangschaltung eines Fahrrades ist auch ein Fahrzeuggetriebe, selbst ein Fahrrad ohne Gangschaltung hat ein Getriebe mit genau einer Übersetzung. Kein Getriebe hat ein Einrad (Direktantrieb, allein der Radumfang bestimmt den zurückgelegten Weg pro Umdrehung) wie auch eine Pferdekutsche (Pferdegeschwindigkeit = Kutschengeschwindigkeit).
Fahrzeuge haben üblicherweise ein oder zwei Getriebe, die teilweise als Festgetriebe und teilweise als Wechselgetriebe ausgeführt sind: Ohne Getriebe kommen Einrad und Pferdekutsche aus. Ein Getriebe haben Fahrräder ohne Nabenschaltung (Fest: Single-Speed-Kette; Wechsel: klassische Ketten-Gangschaltung) bzw. E-Auto (Fest: festes Reduktionsgetriebe; Wechsel: 2-Gang-Reduktionsgetriebe: Geländewagen, Sportwagen) Zwei Getriebe haben Fahrräder mit Nabenschaltung (Fest+Wechsel: Kette + Nabenschaltung, 2×Wechsel: SRAM Dual-Drive) bzw. alle klassischen Verbrenner-KFZs (Wechsel+Fest: Wechselgetriebe „Das Getriebe“ + Differentialgetriebe) Drei oder mehr Getriebe haben viele Geländewagen (Kriechgang) und LKW (mit zusätzlichen Vorschalt/Range- und/oder Nachschalt/Splitter-Getriebe, zusätzliche Kriechgänge, teilweise mit bis zu 19 und mehr Gängen)
Ausführungen
Bei der Ausführung sind verschiedene mechanische Ausführungen mit unterschiedlicher Bedienung (manuell, teil-automatisiert, automatisiert) möglich: klassische Schaltgetriebe: manuelles Schaltgetriebe: manuelles Schalten mittels manueller Kupplung und manuellem Schaltgetriebe AMG/SMG-Getriebe: Kupplung wird von einer Hydraulik übernommen, Schalten per Hand automatisiertes Schaltgetriebe: beides, Kupplung und Schaltvorgang wird von einer Hydraulik übernommen, deutliche Schubunterbrechung Wandlerautomatik: Klassische Automatikgetriebe mit Planetengetriebe, keine Schubunterbrechung Doppelkupplungs-Getriebe: Moderne Automatikgetriebe mit zwei koaxialen Getrieben, zwischen denen ohne Schubunterbrechung umgeschaltet wird stufenloses Getriebe: Automatikgetriebe ohne feste Gänge Getriebe mit fester Übersetzung: Einsatz bei Elektro-Antrieben
Bei Elektrofahrzeugen wird meist 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.
Notwendigkeit Fahrzeuggetriebe erlauben es, die engen Drehzahlbereiche von Verbrennungsmotoren in die für einen normalen Fahrbetrieb notwendigen Raddrehzahlen umzuformen.
Beispiel Ein Pkw habe eine geringste Geschwindigkeit von Vmin = 6 km/h (geschlossene Kupplung, Schrittgeschwindigkeit) und eine Höchstgeschwindigkeit Vmax = 240 km/h. Das ergibt einen benötigten Faktor = = 40 für die Kardanwelle (den Ausgang des Fahrzeuggetriebes). Der Verbrennungsmotor hat eine Leerlaufdrehzahl von 600 U/min sowie eine höchste Drehzahl von 6000 U/min, also einen Faktor von 10. Ohne Schaltgetriebe könnte der Pkw, wenn 600 U/min Motordrehzahl zu 6 km/h führten, also maximal 60 km/h erreichen.
Kenngrößen und Begriffe Getriebe wandeln Drehzahl und Drehmoment und werden daher auch als Kennungswandler klassifiziert.Nach Harald Naunheimer, Bernd Bertsche, Gisbert Lechner: Fahrzeuggetriebe – Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion. Kapitel 4 Kennungswandler, 2. Aufl., Springer, Berlin / Heidelberg / New York 2007, ISBN 978-3-540-30625-2. Übliche Fahrzeuggetriebe übersetzen ins Langsame (ugs. auch „untersetzen“) in Kfz in den niederen Gängen – jene für das langsame Fahren – und übersetzen ins Schnelle in den hohen Gängen, d. h. dort dreht sich die Kardanwelle (Abtrieb) dann schneller als die Kurbelwelle (Antrieb). Die Spreizung eines Getriebes gibt das Verhältnis zwischen längster und kürzester Übersetzung an.Nach Harald Naunheimer, Bernd Bertsche, Gisbert Lechner: Fahrzeuggetriebe – Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion. Abschnitt 4.2.1 Getriebespreizung, 2. Aufl., Springer, Berlin / Heidelberg / New York 2007, ISBN 978-3-540-30625-2. Beispiel: Ein Getriebe mit einer Übersetzung im ersten Gang von 4 : 1 ins Langsame und von 0,8 : 1 im höchsten Gang hat eine Spreizung von 4 / 0,8 = 5. Bei der Auslegung für Pkw wird sowohl für einzelne Gänge als auch für das Gesamtgetriebe zwischen optimaler, langer und überdrehender (kurzer) Auslegung unterschieden. Bei der optimalen Auslegung wird die Übersetzung so gewählt, dass das Fahrzeug im höchsten Gang (in der Ebene) bei Motor-Nenndrehzahl (maximale Leistung) die höchste Geschwindigkeit erreicht, die mit dieser Nennleistung überhaupt möglich ist. Bei langer Auslegung erreicht der Motor im höchsten Gang nicht seine Nenndrehzahl und damit auch nicht seine maximale Leistung, die Fahrzeug-Höchstgeschwindigkeit wird dann in kleineren Gängen erreicht. Dies ist seit mehreren Jahrzehnten die übliche Abstimmung von Getrieben und ermöglicht leises und kraftstoffsparendes Fahren bei Geschwindigkeiten von 80, 100 oder 120 km/h bei Drehzahlen von 1500 bis 2500 rpm. Im englischen Sprachraum werden diese Gänge häufig als Overdrive bezeichnet oder gekennzeichnet, neuerdings als Economy. Bei überdrehender ((zu) kurzer) Auslegung ist der höchste Gang so niedrig übersetzt, dass der Motor (in diesem Gang) selbst bei seiner maximalen Drehzahl nicht seine volle Leistung abgeben muss: Das Fahrzeug erreicht nicht die der Motorleistung entsprechende (theoretische) maximale Geschwindigkeit, sondern der Motor läuft schon zuvor in seine Drehzahlbegrenzung.Diese Abstufung ermöglicht bei sportlichen Pkw gute Beschleunigungswerte und für Nutzfahrzeuge gute Fahrleistungen in Steigungen (Lkw, Schlepper). Die Gangabstufung wird bei Stufengetrieben häufig als geometrisch oder aber progressiv ausgelegt. Bei der geometrischen Abstufung haben zwei benachbarte Gänge stets den gleichen Stufensprung, beispielsweise eine um Prozent höhere/niedrigere Übersetzung. Bei der progressiven Stufung nimmt dagegen der Stufensprung bei den höheren Gängen ab, um das Leistungsangebot des Motors besser den Fahrwiderständen (Luftwiderstand) anzupassen und komfortableres Schaltverhalten zu erzielen. Der Stufensprung wird häufig so gewählt, dass die Differenz der Höchstgeschwindigkeiten in den oberen Gängen gleich bleibt.Nach Harald Naunheimer, Bernd Bertsche, Gisbert Lechner: Fahrzeuggetriebe – Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion. Kapitel 4.3.2 und 4.3.3, 2. Aufl., Springer, Berlin / Heidelberg / New York 2007, ISBN 978-3-540-30625-2. Beispiel: Progressive Stufungen werden bei schnellen Kfz verwendet, weil bei höherer Fahrgeschwindigkeit der Luftwiderstand quadratisch ansteigt und den überwiegenden Einfluss auf den Leistungsbedarf hat (der Leistungsbedarf aus dem Luftwiderstand ist gegeben aus Luftwiderstandskraft mal Geschwindigkeit und steigt also kubisch).
Manuelle Betätigung mini|hochkant=0.65|ISO 7000-Sinnbild für ein Schaltgetriebe
Allgemeines Bei einem Schaltgetriebe – auch Wechselgetriebe genannt – werden die Drehzahlübersetzungen durch die Zahnradpaare gebildet.Werner Klement: Fahrzeuggetriebe Hanser Verlag, München 2007, S. 74. 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 Hinterradantrieb. 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.