mini|Wählhebel (Schaltknauf) an einem Handschaltgetriebe mini|Mitsubishi iMiEV mit verbrauchsoptimiertem Schaltprogramm (Eco) und verstärktem Rekuperationsmodus (B), bei der die höhere Energierückgewinnung zu einem stärkeren Bremsmoment führt. Klar zu erkennen ist auch die Wurm- oder Labyrinthgasse, in der sich der Schalthebel bewegt. mini|Schaltknauf eines Kenworth-Trucks mit Untersetzungsgetriebe mini|Kulissenschaltung Audi R8 mini|Fußschaltung eines Motorradgetriebes mini|In der frühen Motorradentwicklung hatte sich die Fußschaltung noch nicht klar durchgesetzt. Alternativ wurden normale Schaltknüppel verwendet.
Ein WählhebelEs gibt zahlreiche umgangssprachliche Bezeichnungen für Wählhebel. Die Patentämter ordnen entsprechende Erfindungen in die IPC-Klasse B60K 20/02 A01 ein, die beiden dort verwendeten Begriffe „Wählhebel“ und „Handschalthebel“ können als amtliche Definition angesehen werden. Gemäss der Terminologiedatenbank der Schweizer Bundesbehörden ist „Schalthebel“, nicht aber „Wählhebel“ validiert und findet so Niedergang in entsprechende Verordnungen, vgl. https://www.termdat.ch/entry/159551 und https://www.termdat.ch/entry/236246 (oder der Verwendungshäufigkeit nach [absteigend, laut DWDS ]: Schalthebel, Schaltknüppel, Schaltknauf, Ganghebel, Gangwahlhebel, Handschalthebel, Gangwahlschalter oder Fußschalthebel) im Sinne der Kraftfahrzeugtechnik erlaubt die Auswahl der Übersetzungsstufe des Fahrzeuggetriebes, evtl. die Trennung des Kraftflusses zwischen Motor und angetriebenen Rädern (Kupplungssteuerung) und, wenn das Getriebe über eine Drehrichtungsumkehr verfügt (Rückwärtsgang, selten bei Motorrädern), auch die Steuerung der Fahrtrichtung.
In Fachkreisen gilt dieser Wählhebel, zu dem beispielsweise der Hebel und die Schaltkulisse (siehe Bild Kulissenschaltung Audi R8) gehören, als Schaltungssystem und wird zusammen mit der Verbindung zum Getriebe (besteht beispielsweise aus Gestänge, Seilzug) als „äußeres Schaltelement“„Fahrzeuggetriebe“, Abschnitt 9, „Schalteinrichtungen“, siehe Literatur, „externe Schaltung“Nach Kirchner: Leistungsübertragung in Fahrzeuggetrieben, siehe Literatur oder „Schaltbetätigung“ eingeordnet. Im begrifflichen Gegensatz dazu stehen die „inneren Schaltelemente“, wie beispielsweise Schaltmuffen, Synchronringe. Funktional steuert der Fahrer über den Wählhebel das Getriebe.
Geschichte mini|Schaltung direkt am Getriebe, wie sie noch bei älteren Traktoren anzutreffen ist Die ersten Gangwahlhebel an Kraftwagen waren einfache Stangen, die aus dem Getriebe herausragten und so die Wahl des Ganges ermöglichten. Das Getriebe lag in der Nähe des Fahrerplatzes und konnte direkt geschaltet werden.
Eine Kulissenschaltung, bei der der Schalthebel in Gleitbahnen geführt wird, wurde erstmals 1899 im Packard Modell A verwendet und von James Ward Packard patentiertKimes: Packard (1978), S. 32–35, setzte sich aber erst später allgemein durch. Bei den meisten frühen Fahrzeugen war der Hebel seitlich außen an der Karosserie angebracht, wo auch der Handbremshebel saß. Im Laufe der Fahrzeugentwicklung führten verschiedene Konzepte (Frontantrieb mit Quereinbau des Getriebes, Heckmotor, Transaxle) dazu, dass das Getriebe vom Fahrersitz wegverlegt wurde, was eine räumliche Trennung der Bedienung vom eigentlichen Getriebe erforderte.
Zunächst wurden dafür rein mechanische Lösungen entwickelt. Alternativ dazu entwickelten sich gemischte elektrisch/mechanische und rein elektrisch angebundene Wählhebel (shift-by-wire).
In Nutzfahrzeugen wird auch hydraulisch geschaltet, wobei der Fahrer über den Wählhebel einen Geberzylinder betätigt, der dann auf Arbeitszylinder im oder am Getriebe wirktHubert P. Büchs: Die äußere Schaltung. S. 35.. Wegen der Druckluftversorgung für die Bremsanlage bieten sich ebenfalls elektrisch/pneumatische Schaltungen an, siehe Elektropneumatische Schaltung, EPS.
Technik mini|Gangwahlhebel eines Jaguar X300 mit U-förmiger Führung Unterscheidungsmerkmal für Schaltungssysteme in aktuellen Pkw ist die Art der Anbindung an das Getriebe: Rein mechanische Verbindungen Elektrische Anbindung (Shift-by-Wire) über eine spezielle Schnittstelle oder über den Fahrzeugbus (meist CAN) Darüber hinaus gibt es Mischformen, bei denen einige Funktionen über mechanische Verbindungselemente und andere über elektrische Verbindungen erfolgen. Die Auswahl im Einzelfall hängt von der Schnittstelle ab, die das Getriebe dem Wählhebel anbietet.
Bei automatischen Getrieben werden vom Wählhebel verschiedene Funktionen gefordert: Erkennung der vom Fahrer gewählten Fahrstufe und Weitergabe an das Getriebe Beleuchtung der Fahrstufenanzeige (teilweise) Hervorhebung der gewählten Fahrstufe durch die Beleuchtung (teilweise) Schalten der Wählhebelsperren (wenn vorhanden, dann teilweise durch das Getriebe) Erkennung, ob die Unlock-Taste oder P-Taste gedrückt wurde Gegenseitige Sperrung von Zündschloss und P-Position (von nationalen Regelungen abhängig) Insbesondere bei Handschaltgetrieben wird auch der Rückfahrscheinwerfer über den Wählhebel geschaltet.
Mechanische Verbindung Die meisten Fahrzeuge besitzen eine mechanische Verbindung. Schalthebel wirken beispielsweise über ein Gestänge, eine mehrgelenkige kinematische Kette oder über Seilzüge direkt auf Stellelemente des Getriebes.
Mechanische Verbindungen sind heute auch dann häufig anzutreffen, wenn die Getriebe intern elektronisch gesteuert werden. Grund ist meist, dass man bei bewährten und zuverlässigen Getrieben eine Entwicklung zu rein elektronisch gesteuerten Getrieben mit elektronischem Wahlhebel aufgrund der Kosten möglichst hinausschiebt und über verschiedene Fahrzeugplattformen und -generationen möglichst wenig ändert.
Vorteile: Kostengünstiger, einfacher und robuster Aufbau. Meist mit einfachen Mitteln zu reparieren, vorteilhaft für die Wartung in Schwellen- und Entwicklungsländern. Bei Elektronik- oder Stromausfall Schalten möglich, insbesondere um die kraftschlüssige Verbindung im Getriebe zu öffnen, wenn das Fahrzeug bei Ausfall geschoben werden muss. Rein mechanische Getriebe können im Notfall so gesteuert werden, wie es die Elektronik nicht zuließe. (z. B. stärkere Motorbremse durch Überdrehen des Motors bei Bremsversagen im Gefälle).
Die mechanische Verbindung zwischen Wählhebel und Getriebe besitzt gegenüber anderen Schaltungssystemen Nachteile, da Anforderungen an deren Verlegung eine freie Positionierung im Innenraum einschränkt.
Nachteile: Übertragung von Körperschall in den Innenraum, weswegen beispielsweise Schwingungstilger eingesetzt werden. Entkoppelung der Getriebelagerung erforderlich, damit Getriebebewegungen, beispielsweise bei Lastwechsel, nicht auf den Wählhebel zurückwirken. Reibung der Mechanik (Schaltkomfort) Wärmeabstrahlung in der Nähe der Abgasanlage Abdichtungs- und Geräuschprobleme (NVH) bei den benötigten Durchgangsöffnungen zum Innenraum Crashverhalten der gesamten äußeren Schaltung Gefahr für andere Fahrzeugkomponenten durch Missbrauch und Fehlbedienung, zum Beispiel Überdrehen des Motors beim Verschalten oder Beschädigung der Synchronringe durch unvollständig getrennte Kupplung („Gruß vom Getriebe“) Eingeschränkte Verlegung, z. B. durch minimale Biegeradien der Seilzüge oder gerade Abschnitte in der Gestängeführung. Dazu kann bei einigen Fahrzeugen der Verschleiß im Getriebe zunehmen, wenn beispielsweise der Fahrer dauerhaft seine Hand auf dem Schaltknauf ruhen lässt.Hinweis in der Betriebsanleitung des Golf I Cabriolet, Ausgabe 1987 (deutsch 7.87), Teile-Nr. 881.551.150.00, S. 22: „Während der Fahrt sollte die Hand nicht auf dem Schalthebel liegen, der Druck der Hand überträgt sich auf die Schaltgabeln im Getriebe und kann so auf die Dauer zu vorzeitigem Verschleiß der Schaltgabeln führen“.
Auch wenn durch den Einstieg der Schwellenländer in den Individualverkehr die Nachfrage nach den robusten und günstigen Handschaltgetrieben steigen wirdArtikel Warum Handschaltgetriebe noch Zukunft haben auf Heise Online vom 25. April 2012, über eine Stellungnahme der Getrag, dürften bei Neuentwicklungen in den höheren Fahrzeugsegmenten zunehmend ausschließlich elektronische Automatikgetriebe angeboten eingesetzt werden, wodurch sich rein elektronische Getriebe stärker verbreiten werden.
Shift-by-Wire Shift-by-wire-Systeme (als Teil von Drive-by-Wire) haben nur eine elektrische Verbindung zum Getriebe. Dazu ist im Getriebe eine Aktuatorik notwendig, die elektrische Signale in Gang- oder Fahrstufenwechsel umsetzt. Der Anschluss des Wählhebels erfolgt über elektronische Schnittstellen, die neben der Gangwahl auch die Beleuchtung im Wählhebel steuern können. Für das Interieur-Design und die Fahrzeugproduktion stellt in der Praxis der Fahrzeugbus (meist CAN) eine einfache und flexible Möglichkeit dar, den Wählhebel mit dem Getriebe zu verbinden. Eine weitere Möglichkeit bietet die Kommunikation über Pulsweitenmodulation mit festgelegten Tastverhältnissen. Übernimmt das Getriebesteuergerät die entsprechenden Aufgaben, können Shift-by-wire-Systeme ohne Mikrocontroller mit Software am Wählhebel auskommen. Bei Shift-by-Wire-Systemen hat der Wählhebel häufig ein eigenes Steuergerät. Dieses leistet die Erfassung der Wählhebelposition, das mechanische Sperren unzulässiger Positionen, (sofern vorgesehen) die Beleuchtung der eingelegten Fahrstufe und die Kommunikation auf dem Fahrzeugbus über die Wahlhebelposition. Die Entscheidung, ob und ab welcher Geschwindigkeit eine bestimmte Fahrstufe geschaltet werden darf (z. B. Rückwärtsgang bei hoher Geschwindigkeit), wird üblicherweise vom Getriebesteuergerät getroffen.
Vor- und Nachteile
Vorteile von Shift-by-Wire: Bei der Anbindung über den CAN-Bus reichen zwei Leitungen für den Bus plus Stromversorgung (insbesondere Zündungsplus, Dauerplus und Masse) aus, um alle Informationen mit dem Getriebe und anderen Steuergeräten (z. B. Kombiinstrument) auszutauschen. Der Wählhebel kann frei im Arbeitsbereich des Fahrers platziert werden, die Anbindung erfolgt über frei verlegbare elektrische Verbindungen. Bei geeigneter Auslegung kann der Wählhebel einfach für den Einbau in mehreren Plattformen und Baureihen unverändert übernommen oder durch Konfiguration der Software angepasst werden. Schnelle Montage bei der Fahrzeug-Produktion, während mechanische Verbindungen zusätzliche Installations- und Einstellarbeiten beim Einbau erfordern können. Freie Wahl bei der Art der Betätigung, Betätigungskräften und -wegen, Betätigungssperren Zusatzfunktionen wie Force-Feedback, automatisches Ein- und Ausfahren des Wählhebels Durch die fehlende mechanische Verbindung gelangen weniger Störgeräusche vom Getriebe in die Fahrgastzelle
Nachteile von Shift-by-Wire: Im Gegensatz zu mechanischen Verbindungen ist kein stromloses Schalten möglich. Es gibt keine erzwungene Verbindung von Fahrstufe und Wählhebelstellung, so dass das Getriebe eine zeitliche Verzögerung gegenüber der Wählhebelstellung hat. Wenn die Aufgaben nicht mehr vom Steuergerät des Getriebes übernommen werden, benötigt der Wählhebel ein eigenes Steuergerät (Embedded System) mit eigener Software und einem Mikrocontroller. Wegen der Entkoppelung von Getriebestellung und Wählhebelstellung werden bei Shift-by-Wire-Schaltungen häufig nur Tippschaltungen angeboten. Dabei erlaubt die Wählhebelstellung keinen Rückschluss auf die eingelegte Fahrstufe. Die im Getriebe eingelegte Fahrstufe wird je nach System dem Fahrer durch Anzeigen im Kombiinstrument oder am Wählhebel selbst signalisiert, diese Anzeigen sind mit dem Getriebe und nicht mit der Wählhebelposition synchronisiert.
Bedienung mini|Beispiel für eine 4-Gang-H-Schaltung Die Art der Bedienung hängt vom Getriebe ab. Handschaltgetriebe haben üblicherweise eine Auslegung als H-Schaltung (4-Gang) oder entsprechende Erweiterungen.