9. Getriebe Flashcards
(114 cards)
1
Q
8-Gang-Automatikgetriebe 8HP von ZF für PKW
—> siehe Folie 3
A
…
2
Q
Was wollen wir durch ein Getriebe eigentlich erreichen?
A
Das Fahrzeug bewegen!
—> bzw. das Getriebe soll ermöglichen bei vers. Geschwindigkeiten die maximale Leistung des Motors abrufen zu können.
—> dafür hat man den Motor (Verbrennungsmotor)
(—> bei Elektromotoren kann man sich häufig das Getriebe sparen)
—> die Fahrwiderstände stellen sich dem Fahrzeug entgegen, der Gesamt-Fahrwiderstand muss überwunden werden (siehe Folie 4)
3
Q
bei Elektromotoren kann man sich häufig das Getriebe sparen
Wahr/Falsch?
A
Wahr
4
Q
Die Widerstandskraft (besonders der Luftwiderstand) hängt extrem von was ab?
A
Fahrzeuggeschwindigkeit
Folie 5
5
Q
Fahrwiderstände in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit:
1) Wie verhält sich der Rollwiderstand?
A
1) Ist bereits bei 0km/h auf einem geringen Niveau vorhanden und bleibt (konstant) auf diesem geringen Niveau bei Geschwindigkeiten unterhalb 200 km/h
—> siehe Folie 5
6
Q
Fahrwiderstände in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit:
1) Wie verhält sich der Luftwiderstand?
A
Der Luftwiderstand geht quadratisch ein.
Wenn das Fahrzeug steht oder sehr langsam fährt kann dieser ganz vernachlässigt werden, aber bei hohen Geschwindigkeiten ist er sehr hoch.
7
Q
1) Wann ist der Luftwiderstand in etwa so hoch wie der Rollwiderstand?
2) wie sieht bei geringeren/höheren Geschwindigkeiten aus?
A
1) bei ungefähr 80 km/h (knapp darunter)
2)
—>bei geringeren Geschw. ist Luftwiderstand geringer als Rollwiderstand
—> bei höheren Geschw. ist Luftwiderstand größer als Rollwiderstand
8
Q
Motorkennfeld am Beispiel eines Dieselmotors mit Betriebsgrenzen wie Leerlaufdrehzahl, max. Drehzahl, Volllastkennlinie,…
—> siehe Folie 6
A
…
9
Q
Die Volllastkennlinie gibt was an?
A
Das Maximale Drehmoment, welches der Motor bezogen auf eine bestimmte Drehzahl leisten kann
10
Q
Die Volllastkennlinie ergibt sich aus dem Verlauf der ?(1)? und des ?(2)?. Diese Werte werden üblicherweise über der ?(3)? angezeigt. (kfztech.de)
A
(1) Leistung
(2) Drehmoments
(3) Drehzahl
11
Q
Wo liegt auf Folie 6 die Spitzenleistung des entsprechenden Motors?
A
Im Drehzahlbereich zws. ca. 3500-4100 min^-1
12
Q
Das Motorkennfeld zeigt, dass ein Verbrennungsmotor nicht dazu im Stande ist im gesamten Drehzahlbereich eine konstante Leistung abzugeben.
(Meist ist eine konstante Leistung nur in einem Punkt oder kleinen Drehzahlbereich möglich)
Ein Fahrer/-in möchte aber bei verschiedenen Geschwindigkeiten in der Lage sein die maximale Leistung des Motor abrufen zu können.
Dies stellt eine Herausforderung dar und dafür wird was erforderlich?
A
ein Getriebe
13
Q
„Motorspreizung“ + Getriebespreizung = ??
A
Zugkraftangebot der Motor-Getriebe-Kombination
14
Q
Um einen bestimmten Fahrzustand des Fahrzeuges zu halten, muss die Zugkraft des Antriebes dem ?? entsprechen.
A
Gesamt-Fahrwiderstand
15
Q
Was soll unter Motorspreizung verstanden werden?
A
der Drehzahl- und Drehmomentbereich eines Motors
16
Q
Das Getriebe, als ?(1)?- und ?(2)?, besitzt einen ?(3)?, die ?(4)?
A
(1) Drehzahl-
(2) Drehmomentenwandler
(3) Übersetzungsbereich
(4) Getriebespreizung
17
Q
Die Getriebespreizung ist definiert als?
A
Quotient aus maximaler und minimaler Getriebeübersetzung.
18
Q
Motorspreizung und Getriebespreizung ergeben zusammen was?
A
Zugkraftangebot der Motor-Getriebe-Kombination
Bzw. ein Feld möglicher Zugkraft an den Rädern (Zugkraftangebot)
19
Q
Der Motor kann z.B. eine Straßensteigerung von 10% oder eine maximale Beschleunigung und Steigung nicht alleine leisten. (Also kann alleine nicht die notwendige Zugkraft Z in N leisten! —> nicht zu verwechseln mit der Leistung in kW!!).
Er benötigt darum was?
A
Eine Übersetzung mit unterschiedlichen Gängen.
20
Q
Zusammenspiel von Motor und Getriebe
—> Folie 8 ansehen!
A
…
21
Q
Aufgabe des Getriebes:
Das Getriebe, als Mittler zwischen ?(1)? und ?(2)?, passt das ?(3)? an den ?(4)? an und gewährleistet dadurch die gewünschten ?(5)?.
Dazu wird der ?(6)? des Motors auf einen ?(7)? bzw. einen ?(8)? an den Rädern abgebildet.
Analog wird der ?(9)? des Motors auf einen ?(10)? bzw. einen ?(11)? an den Rädern abgebildet.
(Quelle: H. Naunheimer et al., Fahrzeuggetriebe)
A
(1) Motor
(2) Fahrbahn
(3) Zugkraftangebot
(4) Zugkraftbedarf
(5) Fahrleistungen
(6) Drehzahlbereich
(7) Raddrehzahlbereich
(8) Geschwindigkeitsbereich
(9) Drehmomentbereich
(10) Drehmomentbereich
(11) Zugkraftbereich
(8) Zugkraftbereich
22
Q
Wie gewährleistet das Getriebe die gewünschte Fahrleistung?
A
Indem es als Mittler zwischen Motor und Fahrbahn das Zugkraftangebot an den Zugkraftbedarf anpasst.
23
Q
Das Getriebe, als Mittler zwischen Motor und Fahrbahn, passt das Zugkraftangebot an den Zugkraftbereich an und gewährleistet dadurch die gewünschte Fahrleistung.
Dazu wird was getan?
A
Der Drehzahlbereich des Motors wird auf einen Raddrehzahlbereich bzw. einen Geschwindigkeitsbereich abgebildet.
—> analog wird der Drehmomentbereich des Motors auf einen Drehmomentbereich bzw. einen Zugkraftbereich an den Rädern abgebildet.
24
Q
Weiterer Grund für ein Getriebe.
—> Folie 9 ansehen!!!
A
…
25
Aufgaben der Kennungswandler
Aufgaben der Kupplung: ?? (4)
- Trennung des Antriebsstrangs vom laufenden Motor, wenn das Fahrzeug steht oder beim Gangwechsel
- Drehzahlüberbrückung beim Anfahren
- Schwingungsisolation
- „Überlastschutz“ bei blockiertem Motor
26
Abbildung auf Folie 10!
…
27
Aufgaben der Kennungswandler
Aufgaben des Getriebes: ??
Wandlung bzw. Anpassung des Zugkraftangebots an den Zugkraftbedarf
28
Nenne Getriebearten: ?? (4)
- Stufengetriebe
- Stufenlosgetriebe
- hydrodynamische Wandler
- elektrische Getriebe
29
Differential:
Hat auch nochmal ein Übersetzungsverhältnis (ist also noch ein weiteres Getriebe mit einer festen Übersetzung).
Es hat allerdings auch noch die Aufgabe unterschiedliche ?(1)? zuzulassen.
___
—> dies ist wann wichtig?
(1) Raddrehzahlen
___
wenn ein Fahrzeug in die Kurve fährt, weil das innere Rad dann eine geringere Drehzahl hat als das äußere Rad.
30
Membranfederkupplung
—> Standardaufbau: Folie 11
—> schematischer Aufbau: Folie 12
…
31
Membranfederkupplung
—> Zustand: eingekuppelt
Die Membranfeder drückt über die Druckplatte die ?(1)? zusammen, sodass eine ?(2)? vorliegt und ein ?(3)? (bzw. ?(4)?) durch den ?(3)? übertragen wird.
(1) Kupplungsscheibe
(2) Reibung
(3) Moment
(4) Kraft
(5) Reibschluss
—
—> Abbildung Folie 12
—> dort auch Zustand: ausgekuppelt
32
Aufbau und Funktion einer Lamellenkupplung (siehe Video ab 31:50min!) - Teil 1
Im Gegensatz zur Einscheibentrockenkupplung, bei welcher die Anpresskraft nur auf eine Scheibe mit zwei Reibbelägen wirkt, verteilt die Lamellenkupplung die Anpresskraft auf mehrere Reibflächen.
Eine Lamellenkupplung besteht zunächst aus in Reihe angeordneten ?(1)?, welche mit einer ?(2)? drehfest verbunden sind.
Die ?(3)? weisen hierbei ?(4)? auf, um die Reibwerte zu ?(5)?.
Als Materialien für ?(6)? kommen häufig Kohlefaser, Sinterbronze oder Graphit zum Einsatz.
Zwischen den Innenlamellen befinden sich die aus Stahl gefertigten ?(7)?.
Sie sind drehfest durch Aussparungen mit dem ?(8)? verbunden und sind in diesem Fall (Video) auch die sogenannten ?(9)?.
Innen- und Außenlamellen stellen zusammen das sogenannte ?(10)? dar.
In der dargestellten Anordnung (Video) sind die Innen- und Außenlamellen miteinander ?(11)? verbunden. Dies bedeutet, dass eine Drehung der Innenlamellen eine Drehung der Außenlamellen zur Folge hat und umgekehrt.
(1) Innenlamellen
(2) Welle
(3) Innenlamellen
(4) Reibbeläge
(5) erhöhen
(6) Reibbeläge
(7) Außenlamellen
(8) Kupplungskorb
(9) Zwischenlamellen
(10) Lamellenpacket
(11) kraftschlüssig
33
Aufbau und Funktion einer Lamellenkupplung (siehe Video ab 31:50min!) - Teil 2
Sofern die Lamellen nicht mehr gegeneinander gedrückt werden können sich diese frei ?(1)?, da keine ?(2)? Verbindung mehr untereinander besteht.
Das Zusammenpressen der Lamellen übernehmen ?(3)?. Diese drücken auf eine ?(4)?, die wiederum das ?(5)? zusammenpresst.
Das Zurückdrücken der Federn und damit das Entlasten des Lamellenpackets übernimmt hierbei eine ?(6)?, die durch die hohlgebohrte Welle geführt ist.
Sie schiebt die Druckplatte nach ?(7)?.
Sie kann beispielsweise mit dem ?(8)? am Motorrad verbunden sein, den der Fahrer betätigt, um das ?(9)? vom ?(10)? zu trennen.
Angenommen der Motor läuft, wird die Energie des Motors nur dann an das Getriebe übergeben, wenn Innen- und Außenlamellen einen ?(11)? bilden, also ?(12)? miteinander verbunden sind.
(1) drehen
(2) kraftschlüssige
(3) Kupplungsfedern
(4) Druckplatte
(5) Lamellenpacket
(6) Druckstange
(7) hinten
(8) Kupplungshebel
(9) Getriebe
(10) Motor
(11) Kraftschluss
(12) reibschlüssig
34
Funktion einer Kupplung - Lamellenkupplung
(Das „Warum“:)
Man kann bei der Lamellenkupplung mit einer begrenzten ?(1)? eine vielfache ?(2)? erreichen.
Mit jeder weiteren Kupplungsscheibe und weiteren statischen Scheibe kommt zusätzliche Kraft hinzu.
Man kann die Lamellenkupplung also so lange erweitern bis man das ?(3)? erreicht, welches man für die jeweilige Maschine benötigt, ohne dabei weiter die ?(4)? erhöhen zu müssen.
Wenn man nur eine Kupplungsscheibe hätte, müsste man für die Übertragung eines hohen Drehmoments auch eine sehr hohe Anpresskraft erzeugen.
Lamellenkupplungen laufen nie so richtig frei voneinander. Wenn sie offen sein sollten, wird immer noch ein bisschen Reibmoment übertragen. Je mehr man von den Paarungen (Kupplungsscheibe und statische Scheibe) hat, desto mehr reibt es und desto schlechter könnte der ?(5)? werden.
(1) Anpresskraft
(2) Kupplungskraft
(3) Kupplungsmoment
(4) Anpresskraft
(5) Wirkungsgrad
35
Drehzahlwandler (z.B. Anfahrtkupplung)
Vom Motor kommt ein Drehmoment (M1) und eine Drehzahl (n1) an (also auch eine Leistung (da P1 = 2*pi*n1*M1))
Nach dem Drehzahlwandler hat man ein neues Drehmoment (M2), sowie Drehzahl (n2) und Leistung (P2).
(Man hat noch eine gewisse Verlustleistung Psubv)
(Nur lesen, Folie 14)
…
36
Drehzahlwandler
Wie berechnet man das Drehzahlverhältnis (v)?
v = n2/n1 (n2 <= n1)
37
Drehzahlwandler
Wie berechnet man das Drehmomentverhätnis (müh)?
müh = M2 / M1 = 1
38
Drehzahlwandler
Wie berechnet man den Wirkungsgrad (eta)
```
eta = P2/P1 = (M2/M1) * (n2/n1)
_______
eta = müh * v = 1 * v = 1
_______
eta = (M2*omega2) / (M1*omega1)
—> mit omega = 2*pi*n
—> omega: Winkelgeschwindigkeit
```
39
Drehzahlwandler
Wie berechnet man die Verlustleistung (Psubv)?
Psubv= P2 - P1
| bzw. auch = P1 - Wirkungsgrad(eta)* P1
—> weil ja: eta = P2/P1
40
Drehzahlwandler
Wann tritt Schlupf auf?
Wenn man es nicht schafft die gesamte Drehzahl zu übertragen, weil die Kupplung immer ein bisschen durchrutscht.
41
Drehzahlwandler
Definition Schlupf: ??
Auf die Eingangsdrehzahl bezogene Drehzahldifferenz zwischen Ein- und Ausgangsdrehzahl.
42
Drehzahlwandler
Wie berechnet man den Schlupf (S)?
S = (n1 - n2) / n1 = 1 - (n2/n1) = 1- v = 1- eta
43
Anfahrvorgang bei einer Reibkupplung
—> Folie 15!
Zum Anfang steht das Fahrzeug und wir sind ausgekuppelt. Wir haben eine obere Drehzahl n1 (Motor) und eine untere Drehzahl n2 (abtriebsseitige Welle, an der Räder angeschlossen sind), welche Null beträgt.
Man kann nun nicht direkt den Gang mit n1 reinhauen, weil man dann die Motordrehzahl n1 über die Trägheit des Fahrzeuges direkt auf Null bzw. nahe Null ziehen würde.
Damit würde der Motor unter seine Minimaldrehzahl (nsubmin) sinken und vermutlich ausgehen.
—> Praxisbeispiel: Wenn man die Kupplung zu schnell kommen lässt und so das Auto abwürgt
Lösung:
Man nutzt die Kupplung, um nur einen Teil des Drehmoments zu übertragen.
—> Praxisbsp.: Man lässt die Kupplung langsam kommen, um Auto nicht abzuwürgen
Das Drehmoment sorgt nun dafür, dass das Fahrzeug langsam anfährt. Also man hat nun ein bisschen Drehmoment auf der Antriebsachse, wodurch das Fahrzeug langsam losrollen wird (bzw. sich beschleunigt). Damit wird auch die Drehzahl von der abtriebsseitigen Welle (n2) langsam steigen.
Gleichzeitig wird die Drehzahl vom Motor (n1) fallen.
Drehzahl n2 steigt und Drehzahl n1 sinkt bis beide sich irgendwann treffen (also gleich groß sind).
Dann gibt es keine Drehzahldifferenz mehr und ab dann kann man komplett von der Kupplung gehen, weil das komplette Kupplungsmoment übertragen wird.
Von da an kann man dann auch weiter beschleunigen. (Gas geben)
(Nur lesen und Folie 15 ansehen)
…
44
Trilok-Wandler —> Abb. Folie 16
Die Aufgabe besteht auch hier darin ein ?(1)? zu übertragen.Es soll eine Art ?(2)? vorliegen.
Auf der einen Seite (hier links) haben wir eine Welle die sich dreht vom Motor.
Auf der anderen Seite (ihr rechts) haben wir das Getriebe, welches sich erstmal nicht dreht, weil das Fahrzeug steht.
Man überträgt nun das Drehmoment indem man ?(3)? mit einem ?(4)? vom Motor aus beschleunigt.
Von der Strömungsrichtung her schieben wir das Öl in ein ?(5)?, welches wiederum mit dem Getriebe (/Abtrieb/restliches Fahrzeug) verbunden ist. (Hier oben)
Das Leitrad schiebt das Öl wieder zurück in den ?(6)? (Befindet sich zwischen Turbinenrad und Pumpenrad).
Man schiebt beim Trilok-Wandler also letztlich Öl im ?(7)? und kann dadurch ein ?(8)? vom Motor zum Getriebe übertragen.
Allerdings ohne, dass sich Teile mechanisch wirklich berühren.
Das gesamte Drehmoment (bzw. die gesamte Leistung) wird letztlich ?(9)? über das Öl übertragen.
Der Trilok-Wandler hat allerdings einen sehr schlechten ?(10)?, da die ganze Zeit Öl vermischt wird und so sehr große Verluste auftreten.
Darum wird der Trilok-Wandler nur zum ?(11)? benutzt, beispielsweise bei einem sehr großen LKW (große Masse).
—> bei einer klassischen Kupplung würde auf Dauer ziemlich schnell die Kupplungsscheibe verschlissen sein.
—> sobald man in einem Bereich ist, indem die Drehzahlen von Motor und Getriebe gleich sind, kann ein konventionelles Getriebe einspringen
(1) Drehmoment
(2) Kupplungsersatz
(3) Öl
(4) Pumpenrad
(5) Turbinenrad
(6) Motor
(7) Kreis
(8) Drehmoment
(9) strömungsmechanisch
(10) Wirkungsgrad
(11) Anfahren
45
Der Trilok-Wandler ist ein ?(1)? Zweiphasen-Wandler, der die Vorteile von hydrodynamischer ?(2)? und hydrodynamischem ?(3)? verbindet.
(Nach seinen Entwicklern, der TRILOK-Forschegemeinschaft benannt)
(1) einstufiger
(2) Kupplung
(3) Wandler
46
Trilok-Wandler
-> Video ab 46:25min
Der Drehmomentwandler besteht aus einem Pumpenrad, welches gekrümmte Schaufeln besitzt und vollständig mit Öl gefüllt ist.
Sobald sich das Pumpenrad zu drehen beginnt ist das Öl der sogenannten Zentrifugalkraft unterworfen.
Die Zentrifugalkraft ist eine nach außen gerichtete Kraft, die mit steigender Geschwindigkeit des Pumpenrades zunimmt.
Somit wird das Öl von innen nach außen gedrückt.
Dem Pumpenrad gegenüber steht das Turbinenrad, welches im Grunde ein umgekehrtes Pumpenrad ist.
Hierbei sind die Schaufeln entsprechend umgekehrt angebracht.
Mit den Schaufeln des Turbinenrades wird die Energie des Öls, welches vom Pumpenrad beschleunigt wird aufgenommen. Die Drehzahl des Turbinenrades ist dabei geringer als die des Pumpenrades, weil unter anderem Energieverluste zwischen Pumpenrad und Turbinenrad entstehen.
Das Öl gelangt im Inneren des Pumpenrades durch die Drehung von innen nach außen und überträgt die Energie auf das Turbinenrad. Beim Turbinenrad sind die Schaufeln so angeordnet, dass das Öl nach innen befördert wird wonach es erneut in den inneren Teil des Pumpenrades gelangt.
Von hier aus setzt sich der Kreislauf fort.
Um Drehmoment zu Wandeln wird ein sogenanntes Leitrad benötigt, welches sich zwischen Pumpenrad und Turbinenrad befindet.
Das Öl, kommend vom Turbinenrad stützt sich an den 90grad gekrümmten Schaufeln des Leitrades ab. Hierdurch entsteht ein Rückstau, welcher am Turbinenrad eine Vergrößerung des Drehmomentes zur Folge hat.
Das Pumpenrad ist am Gehäuse fixiert, wobei das Gehäuse mit dem Motor verbunden ist. Der Motor übermittelt somit die Energie an das Gehäuse und dieses wiederum an das Pumpenrad.
Im Inneren existiert weiterhin eine Kupplung, deren Sinn und Zweck später erklärt wird und eine Welle, die das Turbinenrad mit dem Getriebe und damit den Rädern des Fahrzeuges verbindet.
Im Grunde werden mit Hilfe eines Drehmomentwandlers 3 Phasen abgedeckt:
1. Phase:
Nur Pumpenrad dreht sich, keine Drehung des Turbinenrades.
—> Bsp. Wenn Fahrer Bremse betätigt hat (an Ampel) und Motor weiterhin läuft und somit das Pumpenrad in Drehung versetzt
2.Phase:
Hohe Drehzahl des Pumpenrads
—> Bsp. Anfahren bei Grünphase (Ampel), also die Bremse wurde vom Fahrer gelöst (Drehmomenterhöhung beim Anfahren von großer Bedeutung!)
—> das Turbinenrad wird durch den entstehenden Ölstrom angetrieben
—> Drehzahl Pumpenrad > Turbinenrad
—> Moment Pumpenrad < Turbinenrad
—> Grund: Verluste und Leitrad verursacht einen gewollten Stau des Ölstroms, welcher zu einer geringeren Drehzahl des Turbinenrades führt, jedoch auch zu einem höheren Drehmoment am Turbinenrad
3.Phase:
Drehzahl und -moment fast gleich
—> beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit
—> das Leitrad dreht sich hierbei mit
—> um einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen kommt nun die Kupplung zum Einsatz
—> die Kupplung verbindet beide Räder, sodass diese als einzelner Block umlaufen und die Übermittlung der Energie nicht weiter über den Ölstrom vollzogen wird
…
47
Drehzahl-Drehmomentwandler
| —> Folie 18 ansehen
…
48
Drehzahl-Drehmomentwandler
Wie berechnet man die Getriebeübersetzung (isubGes)?
isubGes = n1/n2
= isubGang * isubAchsgetriebe
(n1 vom Anfahrelement aus, z.B. Kupplung)
(n2 zu den Rädern)
49
Drehzahl-Drehmomentwandler
Wie berechnet man den die Drehmomentwandlung (M) ?
M2 = isubGes * M1 * eta
| eta: Wirkungsgrad
(isubGes: Getriebeübersetzung)
(M1: eingehende Moment)
(M2: ausgehende Moment)
50
Drehzahl-Drehmomentwandler
Wie berechnet man den die Drehzahlwandlung (n)?
n2 = n1 / isubGes
| n1 vom Anfahrelement aus, z.B. Kupplung
(n2 zu den Rädern)
51
Drehzahl-Drehmomentwandler
Wie berechnet sich der Wirkungsgrad (eta)?
eta = P2 / P1
52
Drehzahl-Drehmomentwandler
Wie berechnet man den die Verlustleistung (PsubV)
PsubV = P1 - P2 = P1 * (1-eta)
53
Zugkraft- und Leistungslücke
| —> siehe Folie 19!!!!
!
54
Wie entscheiden wir, wie hoch die Übersetzungen sind? Also wie teilen wir denn am besten die Gänge ein, für die konstruktiv Platz ist?
—> Dafür gibt es verschiedene Ansätze:
1. Möglichkeit: ??
2. Möglichkeit: ??
1. Möglichkeit: geometrische Gangabstufung
| 2. Möglichkeit: progressive Gangabstufung
55
Geometrische Gangabstufung: Der Stufensprung phi weist bei der geometrischen Auslegung zwischen den einzelnen Gängen immer den gleichen Wert auf.
Wahr/Falsch?
Wahr
56
Wie berechnet man den Stufensprung phi bei der geometrischen Gangabstufung?
phisubn/n+1 = ??
phisubn/n+1 = isubn / isubn+1
57
Geometrische Gangabstufung
| —> siehe Folie 20!
…
58
Progressive Gangabstufung
Je höher der Gang, desto ?? ist der jeweilige Stufensprung.
Kleiner
59
Progressive Gangabstufung
| —> Folie 21!!
!
60
Geometrische Gangabstufung
(…) Die Annäherung an die effektive Zugkrafthyperbel FZ,Ae ist in allen Gängen gleich gut [...].
Das hat zur Folge, dass sich die Differenz der ?(1)? zwischen den einzelnen Gängen mit steigendem Gang ?(2)?.
Eine geometrische Abstufung der Gänge wird vor allem bei ?(3)? vorgenommen, da infolge der ?(4)? spezifischen Leistung alle Gangstufen gleichermaßen bedeutend sind.
?(5)?, [...], müssen geometrisch gestuft werden, um alle Übersetzungssprünge gleich groß zu gestalten und dadurch Überschneidungen einzelner Gänge zu vermeiden. [...]
(1) Höchstgeschwindigkeiten
(2) vergrößert
(3) Nutzfahrzeug-Getrieben
(4) geringeren
(5) Gruppengetriebe
61
Eine geometrische Abstufung der Gänge wird vor allem bei den Getrieben welcher Fahrzeuge benutzt? Und warum?
Bei Nutzfahrzeugen
| —> weil infolge der geringeren spezifischen Leistung alle Gangstufen gleichermaßen bedeutend sind
62
(…) Bei ?(1)? wird eine progressive Gangabstufung vorgenommen. Je höher der Gang, desto kleiner ist dabei der ?(2)?.
[...] zu erkennen ist, wie bei der progressiven Gangabstufung die Differenzen zwischen den Gang-Höchstgeschwindigkeiten annähernd ?(3)? bleiben.
Im Zugkraftdiagramm werden in den oberen Gängen die Lücken zwischen der effektiven Zugkrafthyperbel und dem Zugkraftangebot ?(4)?.
Dies äußert sich im für Pkw relevanten Geschwindigkeitsbereich in einem höheren ?(5)? (kleines φ) und einem besseren ?(6)?.
Wegen der hohen verfügbaren ?(7)? im unteren Geschwindigkeitsbereich können bei Pkw dort vergrößerte Lücken im Zugkraftangebot in Kauf genommen werden. [...]
(1) Pkw-Getrieben
(2) Stufensprung
(3) konstant
(4) verkleinert
(5) Schaltkomfort
(6) Beschleunigungsverhalten
(7) Überschussleistung
63
Bei den Getrieben welcher Fahrzeuge wird eine progressive Gangabstufung vorgenommen?
PKW
64
Die Spreizung isubG,ges des Getriebes wird oftmals auch als was bezeichnet?
Übersetzungsbereich
65
Wie berechnet man die Spreizung (isubG,ges) des Getriebes?
als Verhältnis zwischen größter und kleinster Übersetzung
isubG,ges = isubG,max / isubG,min = i1 / iZ
—> mit den Gängen n = 1 bis z
66
Wie berechnet man die Spreizung (isubG,ges) des Getriebes?
| —> Bsp. auf Folie 23 ansehen!
…
67
Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl
Die unterschiedlichen Kriterien zur Auswahl der Übersetzung widersprechen sich zum Teil. Damit entsteht ein klassischer Zielkonflikt.
…
68
Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl
Große Übersetzung des 1.Gangs
—> Vorteile: ?? (4)
Vorteile:
- hohe Steigfähigkeit
- gutes Beschleunigungsvermögen
- geringe Reibarbeit in der Kupplung beim Anfahren
- gutes Kriechvermögen
69
Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl
Große Übersetzung des 1.Gangs
—>Nachteile: ?? (3)
- frühe Schaltung 1->2 wirkt sich negativ auf die Fahrbarkeit aus
- die Kraftschlussgrenze wird möglicherweise überschritten
- isubz (letzter Gang) steigt bei gleicher Spreizung
70
Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl
Niedrige Übersetzung des letzten Gangs
—> Vorteil: ?? (1)
—> Nachteil: ?? (1)
Vorteil:
- Overdrive senkt Drehzahlen und Verbrauch bei Konstantfahrt
(…)
Nachteil:
- geringe Zugkraftreserven
71
Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl
Progressionsfaktor (PKW) ideal gewählt:
—> Vorteil: ?? (1)
Vorteile:
subjektiv gute Fahrbarkeit durch konstante Geschwindigkeitsabstände der Schaltungen und geringe Drehzahlsprünge bei Schaltungen im oberen Geschwindigkeitsbereich
72
Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl
Progressionsfaktor (PKW) ideal gewählt:
—> Nachteile: ?? (2)
- Zugkraftlücken in niedrigen Gängen groß
| - unterschiedliche Bedeutung der Gänge
73
Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl
Höhere Ganganzahl
—> Vorteil: ?? (1)
Bessere Anpassung der Motorkennfelder an die Fahrsituationen
(geringere Zugkraft- bzw. Leistungslücken)
74
Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl
Höhere Ganganzahl
—> Nachteile: ?? (5)
- mehr Schaltungen im Fahrbetrieb
- erhöhter konstruktiver Aufwand
- hohes Gewicht
- mehr Bauraumbedarf
- höhere Kosten bei Produktion und Applikation
(*die letzten vier Punkte gelten nicht unbedingt für Automatikgetriebe)
75
Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl
Höhere Übersetzungsspreizung:
—> Vorteile: ?? (1)
- bessere Fahrleistungs- und Verbrauchswerte durch bessere Betriebspunktwahl im Motorkennfeld
_____
Stand auch auf Folie, aber müsste eigentlich negativ sein oder?
- mehr Bauraumbedarf (abh. von gewähltem Radersatzkonzept eines Automatikgetriebes)
76
Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl
Höhere Übersetzungsspreizung:
—> Nachteil: ?? (1)
- hohe Komponentenbelastung
77
Getriebsanordnung beim Frontantrieb
Welche zwei Varianten gibt es?
- Motor quer eingebaut
| - Motor längs eingebaut
78
Getriebsanordnung beim Frontantrieb
Wenn Motor quer eingebaut, dann muss das Getriebe noch irgendwie drangemacht werden.
Wenn Motor längs eingebaut ist, muss die Drehrichtung nochmal um 90grad gedreht werden (siehe Momentenfluss)
—> also das Moment geht von der Motor-Kurbelwelle ins Getriebe rein und wird dort gewandelt, danach muss es dann noch um 90grad gedreht werden
(Folie 26 ansehen!)
…
79
Vorgelege-Getriebe
- > einstufiges Vorgelegegetriebe
- > zweistufiges Vorgelegegetriebe
(Folie 27!!)
!
80
Unter einem Vorgelegegetriebe versteht man in der Regel ein Getriebe mit je einer ?(1)? und ?(2)?, sowie einer im Gehäuse gelagerten ?(3)?
(1) Antriebswelle
(2) Abtriebswelle
(3) Vorgelegewelle
81
Zweistufiges Vorgelegegetriebe im Standardantriebsstrang
Folie 28 ansehen!!
…
82
Funktionsweise eines manuellen Schaltgetriebes
—> Video 1h 13min!
Motorräder heutiger Zeit besitzen effiziente Schalt- oder Automatikgetriebe.
Ein Getriebe dient in erster Linie dazu eine Eingangsdrehzahl in eine höhere oder niedrigere Ausgangsdrehzahl umzuwandeln.
Einfaches Getriebe mit lediglich 2 Gängen:
Die Ausgangswelle ist mit zwei unterschiedlich großen Zahnrädern ausgestattet. Die Eingangswelle verfügt über ein Keilwellenprofil auf dem sich zwei Zahnräder befinden. Die Zahnräder sind zu einem Räderblock zusammengefasst, der auf dem Keilprofil verschoben werden kann.
Weil ein Gangwechsel durch das Verschieben von Zahnrädern möglich ist, wird ein solches Getriebe auch als Schieberadgetriebe bezeichnet. Ein Motor generiert in diesem Beispiel eine Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle von 2000 U/min. Der erste Gang des System hat eine Übersetzung von 2 , da das Getriebe Zahnrad doppelt so groß ist wie das treibende Zahnrad.
Das bedeutet, dass die Eingangsdrehzahl des Motors von 2000 U/min auf 1000 U/min verringert wird.
Der 2.Gang kann nur eingelegt werden, wenn die Zahnräder des 2.Gangs die gleiche Geschwindigkeit zueinander aufweisen.
In diesem Fall der Stillstand von Eingangs- und Ausgangswelle.
Die Umdrehungen beim 2.Gang werden durch das Übersetzungsverhältnis von 0,5.
Somit wird die Eingangsdrehzahl auf 4000 U/min gesteigert.
Da dieses Getriebe nur schwer unter Last geschaltet werden kann, wurden u.a. synchronisierte Getriebe entwickelt. In heutigen Automobilen besitzen diese 5 oder mehr Gänge, welche auch unter Last geschalten werden können.
…
83
—> Video ab 1h 18:15min (WICHTIGER)
An einem einfachen synchronisierten Vier-Gang-Getriebe wird das nun verdeutlicht:
Zunächst wird eine Eingangswelle vom Motor angetrieben. Die Bewegungsenergie der Eingangswelle wird an die Vorgelegewelle übermittelt, welche wiederum die Energie an die Zahnräder auf die Ausgangswelle überträgt.
Die Ausgangswelle ist mit den 4 Rädern des Autos verbunden. Der Kraftfluss zwischen der Eingangswelle und dem Motor kann mit Hilfe einer Kupplung unterbrochen werden. Die Zahnräder auf Eingangs- und Vorgelegewelle sind mit der jeweiligen Welle fixiert und drehen sich entsprechend mit den Zahnrädern, wohingegen sich die Zahnräder auf der Ausgangswelle frei drehen können.
Eine formschlüssige Verbindung von Zahnrad und Ausgangswelle wird erst über eine Schaltmuffe möglich. Unter ihr befindet sich eine Verzahnung, welche fest mit der Ausgangswelle verbunden ist.
Der 1.Gang kann durch das verschieben der Schaltmuffe eingelegt werden. Hierzu muss die Kupplung getreten werden, damit der Motor zunächst keine Energie an das Getriebe übergeben kann. Sobald die Schaltmuffe bzw. der Gang eingelegt ist, kann die Kupplung vom Fahrer losgelassen werden. Der Motor leitet jetzt die erzeugte Bewegungsenergie an das Getriebe weiter.
Das Getriebe wiederum leitet über die Vorgelegewelle und Ausgangswelle diese Energie an die Räder weiter, wodurch das Fahrzeug zu Rollen beginnt.
Soll nun der 2.Gang eingelegt werden, muss zunächst die Kupplung getreten werden, anschließend kann dieser erst eingelegt werden. Hierbei werden die Schaltverzahnungen des Zahnrades und die Verzahnung der Ausgangswelle zunächst synchronisiert. Die Drehzahl wird also einander angepasst, sodass die Zähne ohne Probleme ineinander greifen können. Wird hierbei das Kupplungspedal vom Fahrer wieder losgelassen, kann der Motor die Energie an das Getriebe und schließlich an die Räder weiterleiten. In dieser Art und Weise können auch die weiteren Gänge eingelegt werden.
I.d.R. erfolgt das Schalten über eine sog. H-Schaltung, die heute in vielen Automobilen verbaut ist. Die Schaltung heißt so, weil der Schaltknüppeln beim vollständigen Durchschalten der Gänge den Buchstaben H quasi zeichnet.
!!! (Eventuell noch Lückentext)
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6-Gang-Pkw-Handschaltgetriebe
| —> Abbildung Folie 30
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Beim Rückwärtsgang wird ein zusätzliches Zahnrad zwischen Vorgelegewelle und Abtriebswelle gebaut, damit sich die Drehrichtung umdreht.
Wahr/Falsch?
WAHR!!!
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Einstufiges Vorgelegegetriebe und Achsgetriebe im Front-Quer-Antriebskonzept
—> Man hat jetzt direkt die Zahnräder, die im Eingriff sind (mit dem Rückwärtsgang auch) und danach dann den Abrieb.
—> prinzipiell funktioniert es aber gleich wie im Standardantriebsstrang
Folie 31 ansehen!!
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CVT-Getriebe
(Continuously Variable Transmission)
Hier ist die Idee ein Getriebe zu haben in welchem das Übersetzungsverhältnis frei einstellbar ist. Man hat also nicht mehr diskrete Gänge, sondern jedes Übersetzungsverhältnis kann beliebig ausgewählt werden.
Wie wird dies Realisiert?
—> man hat hier zwei Kegelscheiben zwischen denen ein Riemen läuft, welcher eine bestimmte Breite hat und sich nicht zusammen drücken lässt
—> jetzt hängt es davon ab, wie weit man die beiden Kegelscheiben zusammen nehme oder auseinander mache
—> denn dadurch wird sich die Lage des Riemens von der Höhe her (bzw. vom Radius) verändern.
—> wenn man die Kegelscheiben ganz weit auseinander zieht, dann wird der Radius vom ganz klein, denn dann läuft der Riemen nämlich sehr weit unten
—> wenn man die Kegelscheiben ganz weit zusammen schiebt, dann wird der Riemen weit oben laufen.
—> man macht diesen Vorgang gleichzeitig am Antrieb- und am Abtrieb, sodass man sich frei und stufenlos einstellen kann wie das Übersetzungsverhältnis ist.
—> ist aber nur sehr leicht umzusetzen und ist vom Wirkungsgrad auch lange nicht so gut wie ein zahnradbasiertes Getriebe
(Nur lesen)
…(eventuell noch Lückentext)
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Video für CVT-Getriebe
| —> 1h 22:55min
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Beispiel: Multitronic CVT (Audi)
—> siehe Folie 34
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Doppelkupplungsgetriebe
—> Video ab 1h 23:50min ansehen!!!
—> ist relativ modern
(Automatisches Doppelkupplungssystem)
!!!
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Doppelkupplungsgetriebe im Serieneinsatz:
Direktschaltgetriebe (DSG) von Volkswagen
Grundidee:
Entscheidend ist hier, dass man zwei Kupplungen hat. Man kann die eine öffnen und die andere schließen und dadurch den Gangwechsel durchführen.
Die Gänge sind also eigentlich vorher schon eingelegt und man öffnet nur die eine Kupplung von dem alten Gang während man die neue Kupplung schließt (für den neuen Gang) und dadurch ist der Schaltgang schon fertig und bei der Welle die gerade nicht im Eingriff ist wird bereits der nächste Gang vorbereitet.
Das ganze Lastfreischalten, Schaltmuffe rüber schieben, arbeitender Synchronisationsring etc. erspart man sich, weil es passiert während der andere Gang eingelegt ist. Es wird also schon vorbereitet.
(Dazu eventuell auch Folie 37+38 ansehen)
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Doppelkupplungsgetriebe im Serieneinsatz:
Direktschaltgetriebe (DSG) von Volkswagen
—> Folie 36 ansehen!
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Doppelkupplungsgetriebe: Abstufungen
—> schematische Abbildung
—> siehe Folie 37!!
Gibt 2 Eingangswellen bei einem Doppelkupplungsgetriebe, sowie zwei Kupplungen!
—> zum Verständnis auch Folie 38!
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Drehzahlwandler
Wirkungsgrad = Drehzahlverhältnis
Wahr/Falsch?
Wahr
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Ein Nachteil des Doppelkupplungsgetriebes ist bspw., dass das Überspringen von Gängen problematisch ist.
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Planetengetriebe
—> Aufbau von einem einfachen Planetenradsatz (FOLIE 39!!)
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Planetengetriebe
Nenne die 4 wichtigen Bestandteile eines einfachen Planetenradsatzes
- Hohlrad
- Planetenrad
- Sonnenrad
- Steg (Planetenträger)
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Der Vorteil beim Planetengetriebe ist, dass es relativ viele Freiheitsgrade gibt.
Je nach eingeschränktem Freiheitsgrad (also abhängig davon ob ich bspw. zwei Teile zueinander blockiere) entstehen unterschiedliche Möglichkeiten an Übersetzungen.
(Animation im Video HEV1, 5:55min. zeigt einige dieser Möglichkeiten!)
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Planetengetriebe: Einfacher Planetenradsatz
Mögliche Übersetzungen:
—> siehe FOLIE 41!!!
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Planetengetriebe
Einfacher Planetenradsatz
Wie berechnet man i0?
i0 = Radius(Hohlrad) / Radius (Sonnenrad)
= Standübersetzung
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Ravigneaux - Planetenradsatz
Hier wurden zwei einfache Planetenradsätze hintereinander geschaltet, aber koaxial zueinander, also mit 2 Sonnenrädern und der doppelten Anzahl an Planetenrädern, sowie nur einem Hohlrad.
Das erlaubt es konstruktiv einfach die verschiedenen Verschaltungen zueinander zu realisieren.
(Nur lesen, siehe Folie 42!!)
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Ravigneaux - Planetenradsatz
| —> Aufbau (Folie 41!)
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103
Ravigneaux - Planetenradsatz
[…] Eine in ?(1)? häufig verwendete Bauart ist der Ravigneaux-Planetenradsatz,
[...] Der Ravigneauxsatz ist ein sogenanntes ?(2)? Planetengetriebe.
Dies sind Planetengetriebe, bei denen sich der ?(3)? Aufwand „?(4)?“, da Teile der einzelnen einfachen Planetenradsätze konstruktiv ?(5)? werden [...]
Mit ihm ist man in der Lage, bis zu ?(6)? in der Praxis nutzbare Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zu realisieren. [...]
(1) Automatgetrieben
(2) reduziertes
(3) bauliche
(4) reduziert
(5) zusammengefasst
(6) vier
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Ravigneaux - Planetenradsatz
—> Video HEV1: 8:25min.
Automatikgetriebe bestehen heute zumeist aus einem Drehmomentwandler und verschiedenen Lamellenkupplungen, sowie Bremsbänder.
Weiterhin ist zumeist ein sogenannter Ravigneaux-Satz verbaut, um die verschiedenen Gänge zu schalten.
Ein Ravigneaux-Satz ist ein spezielles doppeltes Planetengetriebe. Er besteht zunächst aus einem kleinen Sonnenrad, welches mit 3 Planetenrädern verbunden ist. Durch die hohlgebohrte Welle wird die Welle eines weiteren größeren Sonnenrades geführt, welches ebenso 3 Planetenräder aufweist, die jedoch länger als die des kleinen Sonnenrades sind. Der Planetenradsatz des großen Sonnenrades greift somit auch in die Planetenräder des kleinen Sonnenrades und in ein weiteres Rad, das sog. Hohlrad.Sämtliche Planetenräder haben dabei einen einzigen Planetenradträger.
Mit einem solchen doppelten Planetenradgetriebe können die einzelnen Gänge geschaltet werden und zwar durch das festhalten und verbinden von Teilen und Zahnrädern.
Der erste Gang kann dabei folgendermaßen geschaltet werden: Das kleine Sonnenrad erhält über den Drehmomentwandler die erzeugte Rotationsenergie des Motors und treibt somit das System an. Das Hohlrad gibt die Energie an die Räder weiter. Der Planetenradträger ist durch eine Lamellenkupplung fixiert.
2. Gang: Im 2.Gang wird die Fixierung des Planetenradträgers aufgehoben. Dieser kann sich nun frei drehen, allerdings ist jetzt das große Sonnenrad fixiert wodurch eine Drehbewegung des selben nicht mehr möglich ist. Auch hier treibt das kleine Sonnenrad das System an und gibt die Drehbewegung an das Hohlrad weiter, welches wiederum seine Energie an die Räder des Fahrzeugs abgibt.
3. Gang: Im 3.Gang wird der gesamte Ravigneaux-Satz fixiert und er läuft als einzelner Block um. Hierbei ist die Übersetzung stets eins. Das heißt, dass die Drehzahl des Getriebes der vom Motor generierten Drehzahl entspricht.
4. Gang: Im 4.Gang erfolgt der Antrieb über den Planetenträger. Das große Sonnenrad ist fixiert. Der Abtrieb wird erneut über das Hohlrad bewerkstelligt.
Rückwärtsgang: Beim Rückwärtsgang erfolgt der Antrieb über das große Sonnenrad, dabei ist erneut der Planetenradträger (wie schon im 1.Gang) fixiert. Das Hohlrad dient erneut als Abtriebsrad.
Wechsel des Antriebs: Hierbei wird meist auf Lamellenkupplungen zurückgegriffen. Die beiden Kupplungskörbe werden steht’s vom Motor angetrieben. Sobald einer der Kupplungskörbe kraftschlüssig mit der Welle eines Sonnenrades verbunden wird, dreht sich dieses.
…(eventuell noch Lückentext)
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Automatikgetriebe (AT) mit Lepelletier-Radsatz (Typenbezeichnung: 6 HP 26)
Lepelletier-Radsatz stellt eine Kombination aus was dar?
einfachem Planetenradsatz und nachgeschaltetem Ravigneaux-Radsatz
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Automatikgetriebe (AT) mit Lepelletier-Radsatz (Typenbezeichnung: 6 HP 26)
—> Abb. Folie 44
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Automatikgetriebe (AT) mit Lepelletier-Radsatz
Kraftschlussschema 6HP-Baureihe
—> Folie 45 ansehen
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Vergleich der Getriebetypen
Nenne 5 besprochene Getriebetypen: ??
- Handschaltgetriebe (MT, Manuel Transmission)
- automatisiertes Handschaltgetriebe (AMT, Automated Manual Transmission)
- Automatikgetriebe (AT, Automated Transmission)
- stufenlose Automatikgetriebe (CVT, Continuously Variable Transmission)
- Doppelkupplungsgetriebe (DSG, Dual Clutch Transmission)
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Vergleich der Getriebetypen
Nenne verschiedene Bewertungskriterien: ?? (8)
- Qualität/Zuverlässigkeit
- Wirkungsgrad
- Fahrleistung
- Verbrauch
- Schaltqualität
- Vibration/Akustik
- Preis
- Gewicht/Bauraum
- Qualität/Zuverlässigkeit
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Vergleich der Getriebetypen
—> Folie 46 ansehen!!!!!
Man erkennt, dass das Handschaltgetriebe (MT) in vielen Sachen sehr gut ist. Nachteil ist halt, dass die ?(1)? niedrig ist. Außerdem hängt der ?(2)?, sowie der ?(3)? vom Schaltverhalten des Fahrers ab.
Das stufenlose Automatikgetriebe (CVT) hat den Vorteil bei der ?(4)? (weil völlig frei wählbare Übersetzung). Nachteile liegen aber bei ?(5)?, ?(6)?, ?(7)? und ?(8)?. Aufgrund der vielen Nachteile kommt es nicht häufig zum Einsatz.
Man muss je nach Anwendungsfall bzgl. Getriebe unterscheiden.
(1) Schaltqualität
(2) Verbrauch
(3) Wirkungsgrad
(4) Schaltqualität
(5) Bauraum/Gewicht
(6) Preis
(7) Vibration/Akustik
(8) Wirkungsgrad
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Anteile am Markt
größter Anteil: ??
zweitgrößter Anteil: ??
—> restlichen sind weniger auf dem Markt vertretbar, wobei bei den Doppelkupplungsgetrieben der Marktanteil steigt
—> genau siehe Folie 47!!
größter Anteil: Handschaltgetrieben
zweitgrößter Anteil: Automatikgetrieben
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Getriebe für Hybridantriebe: ZF Getriebe 8 PxxH
—> Abb. Folie 48 + 49!
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Getriebe für Hybridantriebe: ZF Getriebe 8 PxxH
Bisherige Automatikgetriebe für Hybridantriebe vereinen im Bauraum eines konventionellen Getriebes die Gangstufen eines ?(1)? Getriebes und eine ?(2)?.
Erst bei entsprechend hohen ?(3)? der Hybridantriebe ist es wirtschaftlich sinnvoll das gesamte Getriebe an den ?(4)? anzupassen. (Z.B. 2 Gänge für die E-Maschine und 5 Gänge für den Verbrennungsmotor)
(1) konventionellen
(2) E-Maschine
(3) Stückzahlen
(4) Hybridantrieb
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Automatikgetriebe mit 2 E-Maschinen am Bsp. Toyota Multistage Getriebe
(Folie 50+51)
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