Was ist ein Getriebe?

Das Getriebe eines Fahrzeugs ist ein essenzieller Bestandteil, der die Leistung des Motors auf die Räder überträgt und eine effiziente Kraftentfaltung ermöglicht. In diesem Artikel erörtern wir die technischen Grundlagen, unterscheiden die verschiedenen Typen und erläutern den Aufbau sowie die Bedeutung der Wartung für die Funktionsfähigkeit und Langlebigkeit des Getriebes. Zudem klären wir über häufige Fehlfunktionen und deren Warnsignale auf, um Ihnen das nötige Verständnis für eines der komplexesten Systeme Ihres Fahrzeugs zu vermitteln.

Definition

Ein Getriebe ist ein zentraler Bestandteil eines Kraftfahrzeugantriebssystems, das dazu dient, das Drehmoment und die Drehzahl des Motors auf ein für die Fahrsituation passendes Maß zu transformieren und an die Antriebsräder weiterzuleiten. Die grundlegende Funktion eines Getriebes besteht darin, die Leistung des Motors effizient zu nutzen, indem es die Geschwindigkeit und die Zugkraft des Fahrzeugs an verschiedene Fahrbedingungen anpasst.

Das Getriebe ermöglicht es dem Fahrzeug, bei niedrigen Geschwindigkeiten mit hoher Zugkraft zu starten und zu beschleunigen und bei hohen Geschwindigkeiten eine wirtschaftliche und motorenschonende Fahrweise zu ermöglichen. Dies wird erreicht durch ein System von Zahnrädern und Getriebestufen, die unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse bieten. Das Übersetzungsverhältnis bestimmt, wie oft das Getriebeausgangsrad sich dreht, wenn sich das Eingangsrad einmal dreht.

Was sind die Aufgaben eines Getriebes?

• Drehmomentwandlung
  Ein Getriebe wandelt das Drehmoment des Motors in eine nutzbare Form um, damit das Fahrzeug starten, beschleunigen, seine Geschwindigkeit halten und Steigungen bewältigen kann. Bei niedrigen Geschwindigkeiten wird ein höheres Drehmoment benötigt, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, während bei hohen Geschwindigkeiten ein niedrigeres Drehmoment bei höheren Drehzahlen erforderlich ist, um die Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten.
  
• Drehzahlreduzierung und -erhöhung
  Es passt die hohe Drehzahl des Motors (gemessen in Umdrehungen pro Minute, U/min) auf eine niedrigere Drehzahl an, die die Räder effektiv nutzen können. In manchen Situationen, wie beim Rückwärtsfahren oder in bestimmten Fahrsituationen, kann das Getriebe auch die Drehzahl erhöhen.
  
• Richtungsumkehrung
  Durch den Rückwärtsgang ermöglicht es dem Fahrzeug, in entgegengesetzter Richtung zu fahren, indem es die Drehrichtung des Motors umkehrt.
  
• Leistungsverteilung
  Bei Fahrzeugen mit Allradantrieb (AWD) oder bei Nutzfahrzeugen mit mehreren angetriebenen Achsen kann das Getriebe die Leistung des Motors auf mehrere Achsen verteilen.
  
• Gangschaltung
  Das Getriebe erlaubt dem Fahrer (oder der Automatik), zwischen verschiedenen Gängen zu wechseln, um die Geschwindigkeit und das Drehmoment des Fahrzeugs je nach Bedarf zu variieren. So kann das Fahrzeug in einer Vielzahl von Fahrzuständen und Bedingungen effizient betrieben werden.
  
• Sicherstellung eines effizienten Betriebs
  Es trägt zur Kraftstoffeffizienz bei, indem es sicherstellt, dass der Motor im optimalen Drehzahlbereich arbeitet. Ein Motor, der außerhalb seines effizientesten Drehzahlbereichs betrieben wird, verbraucht mehr Kraftstoff und erzeugt mehr Verschleiß.
  
• Fahrkomfort erhöhen
  Moderne Getriebe sorgen für einen sanften Übergang zwischen den Gängen, was den Fahrkomfort erhöht und das Fahren weniger anstrengend macht, besonders bei Automatikgetrieben oder Doppelkupplungsgetrieben, die schnelle und ruckfreie Gangwechsel ermöglichen.
  
• Unterstützung der Motorbremse
  Beim Herunterschalten kann das Getriebe die Bremswirkung des Motors nutzen, um das Fahrzeug zu verlangsamen, was besonders nützlich ist, um die Geschwindigkeit in abfallenden Geländen zu kontrollieren oder um die Lebensdauer der Bremsen zu verlängern.

Wie ist ein Getriebe aufgebaut?

Ein Getriebe, das in Fahrzeugen eingesetzt wird, besteht aus einer Reihe von mechanischen Komponenten, die zusammenarbeiten, um die Kraft des Motors auf die Antriebsräder zu übertragen und dabei das Drehmoment und die Geschwindigkeit zu ändern. Der Aufbau variiert je nach Art des Getriebes (manuell, automatisch, CVT, Doppelkupplung usw.), aber hier ist ein allgemeiner Überblick über die Hauptkomponenten eines herkömmlichen manuellen Getriebes:

Hauptkomponenten eines manuellen Getriebes

• Gehäuse: Schützt alle inneren Komponenten des Getriebes und dient als Rahmen für die Befestigung im Fahrzeug.
  
• Eingangswelle: Wird durch die Kupplung direkt vom Motor angetrieben und bringt die Leistung in das Getriebe ein.
  
• Ausgangswelle: Überträgt die Leistung nach der Umwandlung durch die Zahnräder auf die Antriebswellen und letztendlich auf die Räder des Fahrzeugs.
  
• Zwischenwelle (auch als Vorgelegewelle oder Konterwelle bezeichnet): Liegt parallel zur Eingangs- und Ausgangswelle und trägt Zahnräder, die mit denen auf der Eingangs- und Ausgangswelle in Eingriff stehen.
  
• Zahnräder: Verschiedene Zahnräder mit unterschiedlichen Größen und Zahnzahlen, die auf den Wellen sitzen. Diese ermöglichen es dem Fahrzeug, in verschiedenen Gängen zu fahren, indem sie unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse bieten.
  
• Synchronringe und Schiebemuffen (bei synchronisierten Getrieben): Synchronringe gleichen die Drehzahlen der Zahnräder an, bevor die Zahnräder tatsächlich in Eingriff kommen, um einen reibungslosen Gangwechsel ohne Zahnradknirschen zu ermöglichen.
  
  Schiebemuffen werden verschoben, um die Zahnräder für die verschiedenen Gänge mechanisch mit der Ausgangswelle zu verbinden.
  
• Schaltgabeln und Schaltstangen: Mechanische Verbindungselemente, die vom Schalthebel betätigt werden und die Schiebemuffen auf den verschiedenen Wellen bewegen, um die Gänge zu wechseln.
  
• Lager: Unterstützen die Wellen und ermöglichen ihre Drehung mit minimalem Widerstand.
  
• Dichtungen und Dichtungsringe: Verhindern, dass Schmierstoff aus dem Getriebe austritt und Schmutz oder Wasser eindringt.
  
• Öl (Schmiermittel): Reduziert die Reibung zwischen den beweglichen Teilen, führt Hitze ab und hilft bei der Reinigung und dem Schutz der inneren Komponenten.

Für Automatikgetriebe kommen weitere Komponenten hinzu, wie der Drehmomentwandler, der die Kupplung ersetzt, sowie ein komplexes System von Planetengetriebesätzen, Hydraulikventilen, Steuermodulen und Aktuatoren, die den Gangwechsel automatisieren.

Bei einem Doppelkupplungsgetriebe sind zwei Kupplungen und zwei Zahnradsätze vorhanden, die jeweils für ungerade und gerade Gänge zuständig sind, und ein elektronisches Steuergerät, das die Schaltvorgänge steuert.

Ein stufenloses Getriebe (CVT) hat eine ganz andere Konfiguration mit variablen Riemenscheiben und einem Riemen oder einer Kette, die eine kontinuierliche Variation der Übersetzung ermöglichen.

Welche Arten von Getrieben gibt es?

• Manuelles Getriebe
• Automatikgetriebe
• Halbautomatisches Getriebe bzw. automatisiertes Schaltgetriebe
• Stufenloses Getriebe (SCT – Continuously Variable Transmission)
• Doppelkupplungsgebtriebe (DKG)

Manuelles Getriebe

Hierbei wählt der Fahrer manuell die Getriebegänge, typischerweise durch einen Schalthebel und ein Kupplungspedal. Der Fahrer muss die Kupplung betätigen, um die Verbindung zwischen Motor und Getriebe zu trennen, den Gang wechseln und dann die Kupplung wieder freigeben, um die Verbindung wiederherzustellen.

Automatikgetriebe

Dieses Getriebe wechselt die Gänge automatisch, basierend auf der Geschwindigkeit und der Last des Fahrzeugs, ohne dass der Fahrer manuell eingreifen muss. Es nutzt ein System von hydraulischen Kupplungen oder ein Drehmomentwandler, um die Kraftübertragung zu steuern.

Halbautomatisches Getriebe bzw. automatisiertes Schaltgetriebe

Eine Mischform aus manuellem und Automatikgetriebe, bei dem die Kupplungs- und Schaltvorgänge automatisiert sind, aber der Fahrer den Schaltzeitpunkt über Eingabeoptionen wie Schaltwippen hinter dem Lenkrad beeinflussen kann.

Stufenloses Getriebe (CVT – Continuously Variable Transmission)

Dieses bietet ein stufenloses Verhältnis von Geschwindigkeiten, wodurch ein sehr sanftes Beschleunigen ohne spürbare Gangwechsel ermöglicht wird. Anstatt fester Getriebestufen verwendet es meistens einen Satz von keilförmigen Riemenscheiben und einen hochfesten Gürtel oder eine Kette.

Doppelkupplungsgetriebe (DKG)

Eine spezielle Form des automatisierten Getriebes, das zwei getrennte Kupplungen für ungerade und gerade Gänge verwendet. Das Doppelkupplungsgetriebe ermöglicht sehr schnelle Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung und bietet eine hohe Effizienz.

Wie funktioniert ein Getriebe?

Die Funktionsweise eines Getriebes ist ziemlich komplex, aber im Kern basiert es auf dem Prinzip der Kraftübertragung und Drehmomentwandlung durch Zahnräder mit unterschiedlichen Größen. Hier ist eine vereinfachte Erklärung, wie ein Getriebe in einem Fahrzeug funktioniert:

Grundprinzipien

Kraftübertragung: Das Getriebe nimmt die vom Motor erzeugte Leistung auf und überträgt sie auf die Antriebsräder. Diese Übertragung muss reguliert werden, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug bei verschiedenen Geschwindigkeiten und unter unterschiedlichen Belastungen effizient fährt.

Drehmomentwandlung: Das Getriebe ändert das Drehmoment, das an die Räder geliefert wird, durch unterschiedliche Gangverhältnisse. Ein niedriger Gang (hohe Übersetzung) erhöht das Drehmoment und reduziert die Geschwindigkeit, während ein hoher Gang (niedrige Übersetzung) das Drehmoment reduziert und die Geschwindigkeit erhöht.

Wie funktioniert ein manuelles Getriebe?

• Kupplung: Die Verbindung zwischen Motor und Getriebe wird durch eine Kupplung hergestellt. Beim Betätigen des Kupplungspedals wird die Verbindung unterbrochen, um einen Gangwechsel zu ermöglichen.
• Zahnräder und Synchronringe: In einem manuellen Getriebe wählt der Fahrer den Gang mit einem Schalthebel aus. Die Zahnräder für die verschiedenen Gänge sind auf der Getriebeeingangswelle und der Ausgangswelle angeordnet. Synchronringe sorgen dafür, dass die Zahnräder ohne Beschädigungen ineinandergreifen.
• Gangwechsel: Beim Gangwechsel wird das entsprechende Zahnradpaar verbunden, um die gewünschte Übersetzung zu erreichen.

Wie funktioniert ein Automatikgetriebe?

• Drehmomentwandler: Anstelle einer Kupplung verwenden Automatikgetriebe einen Drehmomentwandler, um die Verbindung zwischen Motor und Getriebe herzustellen und die Drehmomentwandlung zu ermöglichen.
• Planetensatz: Das Automatikgetriebe verwendet einen oder mehrere Planetensätze, die aus einem Sonnenrad, Planetenrädern und einem Ringrad bestehen. Durch das Festhalten oder Antreiben dieser Elemente in verschiedenen Kombinationen können verschiedene Übersetzungsverhältnisse erzeugt werden.
• Hydraulische Steuerung: Ein Netzwerk von Hydraulikventilen und -kanälen steuert, welcher Teil des Planetensatzes festgehalten oder angetrieben wird. Dies wird durch ein komplexes System von Fluiden und Elektronik reguliert.

Wie funktioniert ein stufenloses Getriebe (CVT)?

• Variable Scheiben und Riemen: CVTs verwenden variable Scheiben und einen Riemen oder eine Kette, um ein nahezu unendliches Verhältnis von Übersetzungen zwischen einem Minimum und einem Maximum zu ermöglichen. Die Scheiben ändern ihren Durchmesser dynamisch, um das Übersetzungsverhältnis zu variieren.
• Kraftübertragung: Das stufenlose Getriebe passt das Übersetzungsverhältnis kontinuierlich an, um die Motorleistung optimal zu nutzen.

Wie funktioniert ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG)?

• Zwei Kupplungen: Ein DKG besitzt zwei getrennte Kupplungen für gerade und ungerade Gänge. Während ein Gang aktiv ist, wird der nächste Gang vorgewählt, aber noch nicht kraftschlüssig verbunden.
• Schnelle Gangwechsel: Durch die vorherige Auswahl des nächsten Ganges können Gangwechsel sehr schnell erfolgen, ohne dass die Kraftübertragung unterbrochen wird.

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zum Getriebe

Was versteht man unter einem Übersetzungsverhältnis beim Getriebe?

Das Übersetzungsverhältnis eines Getriebes gibt an, wie das Verhältnis der Drehzahl der Eingangswelle zur Drehzahl der Ausgangswelle ist. Ein niedriges Übersetzungsverhältnis führt zu höherer Geschwindigkeit, aber weniger Drehmoment an den Rädern, während ein hohes Verhältnis mehr Drehmoment, aber geringere Geschwindigkeit bietet.

Warum müssen verschiedene Gänge genutzt werden?

Verschiedene Gänge ermöglichen es dem Fahrzeug, effizient unter verschiedenen Fahrbedingungen zu arbeiten, wie beim Beschleunigen, Bergauf fahren, bei hoher Geschwindigkeit auf der Autobahn oder im Stadtverkehr. Jeder Gang passt die Motorleistung an die gewünschte Geschwindigkeit und das benötigte Drehmoment an.

Was ist der Unterschied zwischen Frontantrieb und Heckantrieb in Bezug auf das Getriebe?

Bei Frontantriebsfahrzeugen ist das Getriebe meist direkt mit dem Motor in einem gemeinsamen Gehäuse integriert und überträgt die Kraft direkt auf die vorderen Räder. Bei Heckantrieb ist das Getriebe vom Motor getrennt und befindet sich näher an den hinteren Rädern, verbunden durch eine längere Antriebswelle.

Wie kann ich erkennen, dass mit meinem Getriebe etwas nicht stimmt?

Anzeichen für Getriebeprobleme können ungewöhnliche Geräusche beim Schalten, Zögern beim Gangwechsel, das Fühlen von Vibrationen oder Ruckeln und das Auffinden von metallischen Abriebpartikeln im Getriebeöl sein.

Wie oft sollte das Getriebeöl gewechselt werden?

Das hängt vom Fahrzeugmodell und dem Getriebetyp ab. Überprüfen Sie immer das Benutzerhandbuch Ihres Fahrzeugs für die spezifischen Empfehlungen. Einige Hersteller empfehlen einen Wechsel alle 60.000 bis 100.000 Kilometer, während andere Getriebe als „wartungsfrei“ gelten.

Kann ich selbst Getriebeöl nachfüllen oder wechseln?

Bei den meisten Fahrzeugen können Sie das Getriebeöl selbst überprüfen und nachfüllen, aber ein vollständiger Wechsel kann komplex sein und erfordert in der Regel das Ablassen des alten Öls, das Ersetzen des Filters und das Befüllen mit der exakten Menge und Typ des spezifizierten Öls. Für viele Fahrer ist es empfehlenswert, dies von einer Fachwerkstatt durchführen zu lassen.

Wie wirkt sich das Fahren mit einem beschädigten Getriebe auf mein Auto aus?

Das Fahren mit einem beschädigten Getriebe kann zu weiteren Schäden am Getriebe selbst und an anderen Komponenten des Antriebsstrangs führen. Außerdem kann es die Sicherheit beeinträchtigen, wenn das Fahrzeug nicht richtig auf Eingaben des Fahrers reagiert.

Was ist ein adaptives Getriebe?

Ein adaptives Getriebe ist in der Lage, das Schaltverhalten basierend auf dem Fahrstil des Fahrers und den Fahrbedingungen anzupassen. Moderne Automatikgetriebe können beispielsweise lernen, früher oder später zu schalten, je nachdem, ob der Fahrer eine wirtschaftlichere oder sportlichere Fahrweise bevorzugt.

Weiterführende Informationen

Literatur

1. Eckhard Kirchner, Leistungsübertragung in Fahrzeuggetrieben, Springer, VDI, 2007
2. Fritz Klocke, Christian Brecher, Zahnrad- und Getriebetechnik, Hanser, Carl GmbH + Co., 2016

Online Publikationen

1. G. Wagner, H. Naunheimer, H. Scherer, A. Dick, Achtgang-Automatikgetriebe zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs – ATZ – Automobiltechnische Zeitschrift, 2007, https://doi.org/10.1007/BF03221894
2. Getriebeschaden: Anzeichen, Ursachen, Reparatur & Kosten