Automatikgetriebe: Funktion, Arten, Aufbau So funktionieren Automatikgetriebe

von Markus Schönfeld 24.02.2021
Inhalt
  1. Funktion, Arten & Aufbau von Automatikgetrieben
  2. Die Funktion einer Wandlerautomatik
  3. Doppelkupplungsgetriebe: Aufbau & Funktion
  4. Der Vorteil stufenloser CVT-Getriebe
  5. Ausblick: Automatikgetriebe in Zukunft

Automatikgetriebe haben in den vergangenen Jahren erheblich zum effizienten Fahren beigetragen. Die AUTO ZEITUNG erklärt ihre Funktion, die unterschiedlichen Arten (Wandlerautomatik, Doppelkupplungsgetriebe, CVT-Getriebe) und deren Aufbau.

 

Funktion, Arten & Aufbau von Automatikgetrieben

Ein modernes Automatikgetriebe hat es nicht leicht, denn im Gegensatz zum prestigeträchtigen Motor wird ihr verhältnismäßig wenig Aufmerksamkeit zuteil. Dabei ist so eine Hightech-Box mindestens genauso komplex konstruiert wie ein neuzeitlicher Diesel oder Benziner. Am Ende funktioniert sie aber vor allem dann perfekt, wenn der Fahrer sie überhaupt nicht bemerkt. Schluss damit! Wir brechen hier eine Lanze für die moderne Getriebetechnik. Schließlich sind es ja vor allem diese komplizierten Gebilde aus unzähligen Zahnrädern, Kupplungen und Stellelementen, die die erheblichen Verbrauchseinsparungen in den vergangenen Jahrzehnten überhaupt mit möglich gemacht haben. Ein Beispiel: Als Mercedes vor etwa zehn Jahren bei der E-Klasse die G-Tronic von fünf auf sieben Schaltstufen erhöhte, sank der Verbrauch eines ohnehin schon sparsamen E 200 um knapp einen Liter Benzin pro 100 Kilometer. Und es verbesserten sich dazu noch Fahrleistungen und Sprintvermögen. Wohlgemerkt: mit dem gleichen Motor. Die größere Spreizung, eine gewaltig gestiegene Rechenleistung und extrem schnelle Schaltvorgänge machten es möglich, dass der Downsizing-Turbomotor stets im besten und effizientesten Drehzahlfenster laufen konnte. Ganz nebenbei vereinfachte der kürzer übersetzte erste Gang das Rangieren, und der längere siebte das sparsame Cruisen auf der Autobahn. Dass bei Automatikgetrieben mittlerweile acht, neun oder gar zehn Gänge üblich sind, liegt also auch am Siegeszug des Turbomotors. Denn im Gegensatz zum gleichmäßig hochdrehenden Sauger arbeitet ein aufgeladener Motor nur in einem verhältnismäßig kleinen Drehzahlfenster effizient. Mehr Gänge ermöglichen also ein sparsameres Fahren über einen größeren Geschwindigkeitsbereich. Ob die Kraft über eine Wandlerautomatik, ein Doppelkupplungs- oder ein stufenloses Getriebe geschickt wird, spielt dabei zunächst keine Rolle. Im folgenden Artikel erklären wir Arten, Funktion und Aufbau verschiedener Automatikgetriebe.

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Die Funktion einer Wandlerautomatik

Höherer Verbrauch, weniger Sportlichkeit – diese Attribute haben Wandlerautomaten in den vergangenen Jahrzehnten ins Gegenteil gewandelt. Heute sind diese Automatikgetriebe manuellen Schaltgetrieben in vielen Belangen überlegen. Das liegt zunächst an der deutlich höheren Anzahl an Schaltstufen, die in klassischen Automatikgetrieben über eine Kombination von mehreren Planetenradsätzen realisiert werden. In der Achtstufen-Automatik von ZF, die beispielsweise von BMW genutzt wird, oder der 9G-Tronic von Mercedes kommen je vier solcher Planetengetriebe hintereinander gesetzt zum Einsatz. Sie werden über fünf beziehungsweise sechs Schaltelemente unterschiedlich angesteuert, sodass sich verschiedene Übersetzungen von Eingangs- zu Ausgangswelle ergeben. Anders als bei einem Schaltgetriebe wird der Motor hier nicht von einer Kupplung, sondern von einem Drehmomentwandler entkoppelt. Vereinfacht gesagt handelt es sich dabei um eine Flüssigkeitskupplung, die die Motordrehzahl über ein rotierendes Ölbad auf das Getriebe überträgt. Der Vorteil: Solche Wandler können sehr komfortabel gewaltige Drehmomente von bis zu 1000 Newtonmeter verschleißfrei verarbeiten und dabei sogar noch erhöhen. Heutzutage wird ein Drehmomentwandler zusätzlich noch von einer Anfahr- und einer Überbrückungskupplung unterstützt. Zudem werden zwischen Motor und Getriebe auch immer häufiger sogenannte Hybrid-Module gesetzt. Dabei handelt es sich um ringförmige Elektro-Motoren, die das Auto auch selbstständig antreiben und im Schleppbetrieb elektrische Energie rekuperieren können.

 

Doppelkupplungsgetriebe: Aufbau & Funktion

Ein solches Hybrid-Modul lässt sich übrigens auch vor ein Doppelkupplungsgetriebe (DSG) setzen. Die unterschiedlichen Gang-Übersetzungen und der Kraftschluss zum Verbrenner werden hier allerdings anders realisiert: Die Drehzahlübertragung auf das Getriebe übernimmt nämlich kein Wandler, sondern eine von zwei hintereinander angeordneten Reibungs-Kupplungen. So handelt es sich bei einem Doppelkupplungsgetriebe eigentlich um zwei Teilgetriebe – eines sitzt mit einer Kupplung und drei oder vier Zahnrädern auf einer inneren Welle, das andere zusammen mit weiteren drei oder vier Zahnrädern und der zweiten Kupplung auf der äußeren Hohlwelle. Wie beim manuellen Schaltgetriebe rotieren die passenden Zahnradpartner zu allen Gängen auf einer parallelen Ausgangswelle und sind ständig im Eingriff. Elektronisch gesteuerte Schaltelemente stellen bei Bedarf den Kraftschluss zwischen Zahnrad und Welle her und legen so den gewünschten Gang ein. Im Siebengang-DSG (Direktschaltgetriebe) von VW laufen die Gänge eins, drei, fünf und sieben über die eine Kupplung, die Gänge zwei, vier, sechs und rückwärts über die andere. Der große Vorteil dieses Automatikgetriebes: Während das Auto im ersten Gang losfährt, ist der zweite bereits eingelegt und muss beim Schaltimpuls nur noch blitzschnell eingekuppelt werden. So gibt es während des Gangwechsels keine Zugkraftunterbrechung. Das verbessert Komfort, Effizienz und Performance. Kein Wunder, dass dieses Prinzip auch im Motorsport beliebt ist. Jedoch können größere Drehmomente wegen der Hitzeentwicklung nicht mit einfachen Trockenkupplungen realisiert werden. Stattdessen nutzt man Lamellenkupplungen, die in einem Ölbad laufen und so gekühlt werden können. Das mindert Wirkungsgrad und Effizienz, setzt aber kaum mehr Drehmomentgrenzen.

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Der Vorteil stufenloser CVT-Getriebe

Stufenlose Automatikgetriebe sind bei Autos aus Europa eher selten, viele Japaner schwören aber darauf. CVT-Getriebe sind theoretisch in der Lage, unendlich viele Übersetzungs-Verhältnisse fließend ineinander übergehend zu realisieren. Verbrennungsmotoren können durch sie also konstant mit einer Drehzahl – beispielsweise für höchste Leistung, besten Wirkungsgrad oder kräftigstes Drehmoment – laufen und dabei trotzdem die Geschwindigkeit ändern. Das typische Geräuschbild ist allerdings gewöhnungsbedürftig. Das CVT-Prinzip ist einfach: Man stelle sich einen Fahrradantrieb mit flexiblen Kettenrädern vor – so kann sowohl das vordere als auch das hintere wahlweise kleiner oder größer werden. Eine Kette oder ein Schubgliederband überträgt die Kraft von der Eingangs- zur Ausgangswelle. Dabei läuft sie zwischen zwei Kegelrädern, die näher zusammenrücken oder sich weiter voneinander entfernen und so den wirksamen Durchmesser, über den die Kette läuft, variabel verändern können.

 

Ausblick: Automatikgetriebe in Zukunft

Mehr Gänge werden Automatikgetriebe kaum noch bekommen. Der Grund: die E-Mobilität. Hersteller setzen ihre Entwicklungsressourcen derzeit vor allem auf Batterietechnik und Leistungselektronik. Elektro-Motoren sind dafür schon ausgereift. Und weil sie ihre Leistung über ein großes Drehzahlband gleichmäßig und mit einem hohen Wirkungsgrad abgeben, benötigen sie auch keine komplizierte Getriebetechnik mehr. Stattdessen reicht meist eine feste Untersetzung für alle Geschwindigkeiten. Und in "R" dreht die E-Maschine einfach rückwärts. Nur extreme Elektro-Autos wie der Porsche Taycan setzen für hohes Autobahntempo noch auf einen zweiten Gang.

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