Mercedes-Benz K4A 025

Mercedes-Benz K4A 025 ist die Modellbezeichnung des ersten bei Mercedes-Benz entwickelten und in Serie produzierten automatischen Getriebes für PKW. Das von Mercedes-Benz so genannte „Automatische DB-Getriebe“ wurde ab April 1961 serienmäßig in den Typ 300 SE (Baureihe W 112) und auf Sonderwunsch für die Modelle 220, 220 S und 220 SE der Baureihe W 111 angeboten, im Verlauf in die gesamte Fahrzeugpalette übernommen und ab 1967 durch das Nachfolgemodell K4C 025 ersetzt.

Eckdaten

ÜbersetzungenUnterschiede in den Getriebeübersetzungen haben einen messbaren, direkten Einfluss auf die Fahrzeugdynamik, die Leistung, die Abgasemissionen und den Kraftstoffverbrauch. Modell Typ Erst-auslie-ferung Gang Spreizung Gang-stufe Komponenten Nomenklatur R 1 2 3 4 Nomi-nal Effek-tiv Zen-trum Gesamt proGang Kupp-lung AnzahlGänge Ver-sion Max. Ein-gangsdrehm. K4A 025 ohne1.1.: bei Mercedes-Benz später als 1. Automatikgetriebe-Generation bezeichnet 1961Johannes Looman · Zahnradgetriebe · Seite 133 ff · Berlin und Heidelberg 1970 · ISBN 978-3-540-04894-7Ergebnis und Ausblick · Festschrift für Herrn Prof. Dr. Hans Joachim Förster zum Ausscheiden als Direktor aus dem aktiven Dienst der Daimler-Benz AG November 1982 · Seite 6 · 20 0 1,000 2 Radsätze3 Bremsen3 Kupplungen 2,000nur Vorwärtsgänge K Kuplung oder Flüssigkeitskuplung 4 A 25 kpm ( Nm)

Geschichte

1961: Markteinführung

Die Notwendigkeit eines eigenen automatischen Getriebes ergab sich aus Mangel an geeigneten Getrieben für die Mercedes-Benz Pkw der frühen 1960er Jahre. Dem Entschluss, ein solches Getriebe selbst zu entwickeln, war ein sorgfältiges Studium der auf dem Markt befindlichen Getriebeautomaten vorausgegangen.Das automatische Getriebe von Daimler-Benz. Automobil-Industrie (1962), März, 116-124 Während der 300d "Adenauer" mit einem US-amerikanischen Borg-Warner Detroit-Gear DG 150M mit drei Gängen lieferbar warDaimler-Benz AG Zentralkundendienst: Tabellenbuch Personenwagen, Ausgabe 1957, S. 151, funktionierte dieses Getriebe in den hubraumschwächeren (eigentlich drehmomentschwächeren) Fahrzeugen nicht zufriedenstellend. Da die USA ein wichtiger Absatzmarkt waren, entwickelte Mercedes-Benz für seine Pkw-Modellpalette ein automatisches Getriebe im eigenen Hause.Daimler-Benz AG Zentralkundendienst: Automatisches DB-Getriebe, Einführungsschrift für den Kundendienst. 2. Auflage 1962

Entwicklungsschwerpunkte

Leitender Ingenieur war Hans-Joachim Förster, der die folgenden Schwerpunkte berücksichtigen musste:

Volle Ausnutzung der Motorleistung durch jederzeitigen manuellen Eingriff ins Schaltprogramm. Reduktion aller mechanischer und hydraulischer Verlustleistungen. Kleines Bauvolumen, damit das Getriebe in jede Standard-Karosserie eingebaut werden kann. Möglichst einfache Konzeption, damit sich die Fahrzeuge nicht übermäßig verteuern, was den Verkaufserfolg schmälern könnte.

Neben den technischen Vorbehalten in Europa und insbesondere in Deutschland gab es erhebliche psychologische Vorbehalte gegenüber Fahrzeugen mit automatischen Getrieben, weil diese als träge und durstig galten. Daher durften die Wagen mit dem automatischen Getriebe von Daimler-Benz nicht langsamer sein und auch nicht schlechter Beschleunigen als ein Wagen mit Schaltgetriebe und durfte auch in Sondersituationen, wie Anhängerbetrieb und Bergfahrten nicht unterlegen sein. Im Mai 1966 wurde das 100.000. K4A 025 fertiggestellt und bereits 23 % der Mercedes-Benz Pkw mit automatischem DB-Getriebe ausgeliefert.

1967: Nachfolgemodell K4C 025

Im Zuge der umfangreichen Erneuerung der Fahrzeug- und Motorenpalette im Jahre 1967/1968 wurde damit begonnen, das K4A 025 bei allen neuen und aktualisierten Modellen durch das verbesserte Nachfolgemodell K4C 025 (Typ 722.2) zu ersetzen, das auf dem Radsatzkonzept des K4B 050 basiert.Daimler-Benz AG Zentralkundendienst: Tabellenbuch Personenwagen, Oktober 1969, S. 272 Im ersten Schritt wurden die neuen Mittelklassemodelle der Baureihe W 114/W 115 damit ausgeliefert. Die S-Klasse der Baureihen W 108/W 109 folgten 1969. Lediglich im 280 SL (W 113) kam sie bis zum Ende von dessen Bauzeit 1971 zum Einsatz.Daimler-Benz AG Zentralkundendienst: Personenwagen. Ausgabe 1972, S. 285.

Technik

Grundlagen

mini|Ansicht von rechts

Beim K4A 025 handelt es sich um ein automatisches Vierganggetriebe mit vorgeschalteter hydraulischer Kupplung nach dem Föttinger-Prinzip. Der Radsatz besteht aus zwei Planetenradsätzen und sechs Schaltelementen, und zwar drei Lamellenkupplungen und drei Bremsbänder. Die Bezeichnung K4A 025 ist die hausinterne Modellbezeichnung und beschreibt die technischen Kenndaten K (Kupplung), 4 (vier Gänge), Ausführung A. Die Ziffer 025 steht für das maximale Eingangsdrehmoment von 25 kp•m (ca. 245 Nm). Das Getriebe war in zahlreichen Ausführungen für Benzin- und Dieselmotoren erhältlich und wurde von Mercedes-Benz in seiner Regelcharakteristik individuell auf den jeweiligen Fahrzeugtyp abgestimmt. Das Gewicht beträgt 50 kg. Das Gehäuse ist vollständig aus Aluminium gefertigt.

Hydraulische Kupplung

Die hydraulische Kupplung besteht aus einer Primär- und Sekundärschale. Die Primärschale ist an der Schwungscheibe des Antriebsmotors angeschraubt und dreht immer mit Motordrehzahl. Die Sekundärschale ist fest mit dem Sonnenrad des vorderen Planetenradsatzes verbunden und überträgt das Antriebsdrehmoment auf das Getriebe. Die hydraulische Kupplung ist eine ideale Anfahrkupplung, sie lässt eine stufenlose Drehzahlwandlung zu. Während im Stand die Primärschale rotiert und die Sekundärschale stillsteht (Schlupf = 100 %), holt sie beim Anfahren schnell die Drehzahl auf und erreicht bei gleichmäßiger Fahrt in der Ebene bis zu 98 % Wirkungsgrad.CF Classic Akademie: Schulungsunterlagen Automatikgetriebe K4A 025, Stand 12.02.2021, S. 3. Die Verlustleistung wird in Wärme umgewandelt und an das Öl abgegeben. Die Kupplung ist aus Aluminium gefertigt, nur beim 280 SL "Pagode" und dem 300 SEL 2.8 wurde ab 1968 eine hydraulische Kupplung aus Stahl eingesetzt.

Vorderer Deckel

Der vordere Deckel dichtet das Getriebe nach vorne gegen die Kupplung ab und beherbergt die Primärölpumpe, die über die Primärschale der hydraulischen Kupplung angetrieben wird. Die Primärpumpe ist eine innenverzahnte Zahnradpumpe mit Sichel. Sie liefert bei laufendem Motor im Stand, bei niedrigen Geschwindigkeiten und beim Rückwärtsfahren den für die Funktion benötigten Öldruck, und zwar so lange, bis die Sekundärpumpe am Getriebeausgang genug Förderleistung liefert. Sobald die Sekundärpumpe die Ölversorgung sicherstellt, fördert die Primärpumpe, mittels hydraulischer Ventile gesteuert, ins Leere.Daimler-Benz AG Zentralkundendienst: Automatisches DB-Getriebe, Beschreibung der Mechanik und Hydraulik, 2. Auflage 1962

Hinterer Deckel

Aufbau

Im hinteren Gehäusedeckel befinden sich die Sekundärpumpe, die Reglerpumpe, und der Stufendruckgeber. Diese drei Aggregate werden von einer gemeinsamen Welle angetrieben.

Sekundärpumpe

Die Sekundärpumpe ist eine außenverzahnte Zahnradpumpe. Sie übernimmt ab einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit die komplette Ölversorgung des Getriebes.

Reglerpumpe

Die Reglerpumpe liefert während der Fahrt den nötigen Öldruck für den Stufendruckgeber, der für den Schaltablauf mit verantwortlich ist.

Stufendruckgeber

Der Stufendruckgeber ist ein Fliehkraftregler. In Abhängigkeit der Abtriebsdrehzahl werden vier Fliehkraftventile mit unterschiedlicher Federstärke geschlossen und regeln so den Schaltablauf. Mittels dieses Stufendruckgebers wird der Schaltpunkt beim Hochschalten präzise in Abhängigkeit der Abtriebsdrehzahl gesetzt. Allerdings macht dieser Stufendruckgeber eine Lastrückschaltung unmöglich, weil der nächstniedrigere Gang erst eingelegt wird, wenn die entsprechend dem Gang passende Abtriebsdrehzahl erreicht wird.

Regelung

Einflussgrößen

Das Getriebe regelt den Schaltablauf abhängig von Fahrpedalstellung (= Last) und Geschwindigkeit automatisch. Dabei ergibt hohe Last ein späteres Hochschalten, weniger Last ein früheres Hochschalten. Der Punkt des Hochschaltens lässt sich beliebig mit dem Fahrpedal verschieben. Ein manueller Schalteingriff ist über den Wählhebel jederzeit möglich.

Modulierdruckgeber

Der Modulierdruckgeber ist auf der rechten Getriebeseite angebracht und besteht aus einem Membrangeber, der in Abhängigkeit vom Unterdruck im Saugrohr des Motors den Schaltablauf beeinflusst. Hierzu ist eine Vakuumkapillare vom Motor zum Getriebe vorhanden. Der Modulierdruckgeber bekommt über den Unterdruck im Ansaugrohr des Motors das Motordrehmoment übermittelt. Der Modulierdruckgeber betätigt einen Steuerstift, der im Schaltschiebergehäuse die Schaltpunkte im Schaltablauf je nach Lastzustand verschiebt.

Am Modulierdruckgeber ist eine Schaltstange angebracht, die von einem Doppelhubmagneten in zwei Grenzpositionen gebracht werden kann. Die eine Grenzstellung ist der Leerlauf, hierzu ist ein elektrischer Schalter an der Drosselklappe angebracht, der bei geschlossener Klappe ein Leerlaufsignal an den Doppelhubmagneten übermittelt und dadurch der Modulierdruck in den Grunddruck abfällt. Dadurch wird die Kriechneigung im Leerlauf stark vermindert. Die andere Grenzposition ist der Übergasdruck, drückt man das Fahrpedal über seinen Anschlag hinaus, wird am Fahrzeugboden ein elektrischer Kontakt geschlossen, der dafür sorgt, dass der Modulierdruck schlagartig auf den Höchstdruck gebracht wird und somit ein spontanes Durchbeschleunigen, ggf. mit einer damit verbundenen Übergasrückschaltung (= "Kickdown") ermöglicht. Hält man das Fahrpedal in der Übergasposition, wird der nächsthöhere Gang erst bei Erreichen der Nenndrehzahl der Motorhöchstleistung eingelegt.

Schaltschiebergehäuse

In der Ölwanne befinden sich das Schaltschiebergehäuse und der Ölfilter. Das Schaltschiebergehäuse ist das eigentliche Steuerungsorgan des Getriebes und besteht aus drei Bauteilen. Ein vom Fahrpedal oder Stufendruckgeber eingeleitetes Signal wird dort hydraulisch über Federn und Schieber verarbeitet, innerhalb kürzester Zeit auf die Servoglieder weitergeleitet und bewirkt die Schaltabläufe.Daimler-Benz AG Zentralkundendienst: Automatisches DB-Getriebe, Beschreibung der Mechanik und Hydraulik, Mai 1966

Betriebsstoff

mini|150px|1963–1966 GM Freigegebenes Mobilfluid ATF Type "A" Suffix "A"Das K4A 025 erfordert den Einsatz eines Flüssigkeitsgetriebeöls ATF Typ A Suffix A (TASA)Daimler-Benz AG Zentralkundendienst: Automatisches DB-Getriebe, Wartung, Einstellung und Montage, Mai 1966 mit einer Freigabe nach der Mercedes-Benz Betriebsstoffvorschrift Blatt 236.2. Die Füllmenge liegt je nach Fahrzeugtyp zwischen 4,5 und 5,75 Litern.

Besonderheiten

Steuerung und Abmessungen

Das Getriebe arbeitet vollständig mechanisch gesteuert, bis auf das Leerlauf- und Übergassignal völlig ohne elektrische Bauteile, und ist für damalige Verhältnisse (bezogen auf die US-amerikanischen Getriebe) sehr kompakt. Dies war für den Einbau in Fahrzeuge gängiger europäischer Abmessungen auch erforderlich. Das Getriebe verfügte über vier Gänge und wurde aufwändig an den jeweiligen Fahrzeugtyp angepasst.

Hoher Wirkungsgrad

Das Getriebe hat nicht zuletzt durch die verwendete hydraulische Kupplung und seine Kompaktheit einen hohen Wirkungsgrad und funktioniert auch in einem 190 D erstaunlich alltagstauglich. Das Getriebe wechselt den Gang ohne Zugkraftunterbrechung in 0,2 Sekunden und erlaubt annähernd dieselben Fahrleistungen wie die vergleichbaren Fahrzeuge mit Schaltgetriebe, ohne nennenswerten Mehrverbrauch.

Zwei Ölpumpen