Automatik-Getriebe

Entstehung und Anwendung.

Die Geschichte der Automatikgetriebe lässt sich bis ins frühe 20. Jahrhundert zurückverfolgen, als Ingenieure begannen, mit Methoden zum automatischen Gangwechsel in Autos zu experimentieren. Die ersten Versuche fanden in den 1920er und 1930er Jahren statt, aber erst 1939 führte General Motors das erste echte Automatikgetriebe ein, das als Hydra-Matic bekannt wurde. Dies war eine bahnbrechende Entwicklung, die einen reibungslosen Gangwechsel ermöglichte, ohne dass der Fahrer manuell eingreifen musste.

Das Hydra-Matic-Getriebe wurde schnell populär und sein Design wurde von vielen anderen Automobilherstellern übernommen. In den 1950er und 1960er Jahren setzten sich Automatikgetriebe in den Vereinigten Staaten immer mehr durch und wurden zu einem Symbol für Modernität und Komfort. In Europa und Asien wuchs ihre Beliebtheit etwas langsamer, was vor allem auf die unterschiedlichen Vorlieben der Fahrer und die Unterschiede in der Straßengestaltung und im Fahrstil zurückzuführen war.

In den 1970er und 1980er Jahren wurde die Technologie der Automatikgetriebe weiterentwickelt. Es wurden fortschrittlichere Hydrauliksysteme und die ersten Versionen der elektronischen Steuerung eingeführt, die eine noch bessere Kontrolle über die Gangwechsel ermöglichten und den Kraftstoffverbrauch senkten. In dieser Zeit wurden Automatikgetriebe zuverlässiger und in einer breiten Palette von Fahrzeugen, von Pkw bis hin zu Lkw und Bussen, verfügbar.

In den 1990er Jahren kam es zu einer echten technologischen Revolution, als Computer und Elektronik bei der Steuerung des Getriebes eine Schlüsselrolle zu spielen begannen. Es entstanden die ersten elektronisch gesteuerten Automatikgetriebe, die ihren Betrieb an die Straßenbedingungen und den Fahrstil des Fahrers anpassen konnten. Dadurch wurden die Automatikgetriebe noch effizienter und benutzerfreundlicher.

Im 21. Jahrhundert entwickelt sich die Technologie der Automatikgetriebe ständig weiter. Die heutigen Getriebe bieten eine Reihe von Modi, darunter Sport-, Spar- oder Geländemodi, sowie Systeme, die eine manuelle Steuerung über am Lenkrad angebrachte Schaltwippen ermöglichen. Es gibt auch neue Konzepte wie das stufenlose Getriebe (CVT) und das Doppelkupplungsgetriebe (DCT), die die Vorteile von Automatik- und Schaltgetrieben kombinieren.

Aufbau und Funktionsweise.

Klassische Automatikgetriebe (mit Wandler- und Planetengetrieben).

Das klassische Automatikgetriebe, oft auch als Planetengetriebe bezeichnet, ist ein komplexer Mechanismus, der aus mehreren Schlüsselkomponenten besteht. Jedes dieser Bauteile spielt eine wichtige Rolle bei der Übertragung der Kraft vom Motor auf die Räder und ermöglicht gleichzeitig einen reibungslosen Wechsel der Gangstufen ohne Eingreifen des Fahrers.

Das Herzstück eines klassischen Automatikgetriebes ist ein Planetenradsatz. Jeder besteht aus drei Hauptteilen: einem Sonnenrad, Planetenrädern (auch Satelliten genannt) und einem Ringrad. Das Sonnenrad befindet sich in der Mitte, die Planetenräder (Satelliten) drehen sich um dieses und sind mit dem Ringrad verbunden. Diese Anordnung ermöglicht verschiedene Kombinationen von Übersetzungsverhältnissen, je nachdem, welches Rad angetrieben wird, welches stillsteht und welches die Kraft überträgt.

Die Kupplungen und Bremsen, die hydraulisch betätigt werden, sind für die Steuerung des Kraftflusses und das Schalten der Gänge zuständig. In einem klassischen Automatikgetriebe gibt es eine Ölpumpe, die verschiedene Teile des Getriebes, einschließlich der Kupplungen und Bremsen, mit Drucköl versorgt. Wenn ein Gangwechsel erforderlich ist, wird die entsprechende Kupplung ein- oder ausgekuppelt, wodurch die Übersetzung im Planetengetriebe geändert werden kann.

Ein wichtiger Bestandteil des klassischen Automatikgetriebes ist auch der Drehmomentwandler. Er befindet sich zwischen dem Motor und dem Getriebe und fungiert als hydraulische Kupplung. Der Drehmomentwandler besteht aus drei Hauptteilen: einer Pumpe, einer Turbine und einem Leitrad. Die Pumpe ist über das Schwungrad mit der Kurbelwelle des Motors verbunden, die Turbine mit der Eingangswelle des Getriebes und das Leitrad befindet sich zwischen den beiden. Wenn der Motor läuft, setzt die Pumpe das Öl in Bewegung, um die Leistung auf die Turbine zu übertragen, woraufhin das Leitrad den Fluss des zurückfließenden Öls so lenkt, dass der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung erhöht wird.

Der Betrieb eines klassischen Automatikgetriebes wird durch ein Hydrauliksystem und ein elektronisches System gesteuert. Das hydraulische System steuert den Flüssigkeitsstrom zu den Kupplungen und Bremsen, während das elektronische System verschiedene Fahrparameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Motorlast oder Drosselklappenstellung überwacht. Auf der Grundlage dieser Daten entscheidet der Steuercomputer (TCU - Transmission Control Unit), wann und welches Übersetzungsverhältnis zu wählen ist. Eine TCU ohne elektronisches Steuergerät wird als Ventilblock bezeichnet, während die Mechatronik die Komponente ist, die den Ventilblock und das elektronische Steuergerät des Automatikgetriebes integriert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das klassische Automatikgetriebe ein Hightech-Gerät ist, das mechanische, hydraulische und elektronische Komponenten kombiniert, um reibungslose und effiziente Gangwechsel zu gewährleisten. Das Planetengetriebe, die Kupplungen und Bremsen, der Drehmomentwandler und die Steuersysteme arbeiten zusammen, um ein komfortables und bequemes Fahrerlebnis zu ermöglichen.

Stufenlose Automatikgetriebe (CVTs).

Das CVT-Getriebe (Continuously Variable Transmission) oder stufenlose Getriebe arbeitet nach dem Prinzip des stufenlosen Getriebes, was es von den herkömmlichen Schalt- und Automatikgetrieben unterscheidet. Eine Schlüsselkomponente der CVT-Konstruktion ist eine Kette und zwei Sätze von Kegelrädern (bekannt als Variatoren).

Die Kette besteht aus langlebigem Metall oder Verbundwerkstoff und überträgt die Kraft vom Motor auf die Antriebsräder. Jedes Paar konischer Räder, von denen eines mit der Antriebswelle und das andere mit der Abtriebswelle verbunden ist, besteht aus zwei konischen Scheiben, die sich entlang der Wellenachse bewegen können. Wenn die Scheiben ihren Abstand zueinander ändern, ändert sich der aktive Durchmesser, entlang dessen sich die Kette bewegt. Eine Verringerung des Abstands zwischen den Scheiben bewirkt, dass sich die Kette auf einen größeren Durchmesser bewegt, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis erhöht, während eine Vergrößerung des Abstands bewirkt, dass sich die Kette auf einen kleineren Durchmesser bewegt, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis verringert.

Die Bewegung der Kegel im Verhältnis zueinander wird durch ein hydraulisches System gesteuert, das den aktiven Durchmesser, mit dem die Kette arbeitet, anpasst und so sanfte Gangwechsel ermöglicht. Das CVT-Getriebe wird von einem hochentwickelten elektronischen System gesteuert, das die Motorleistung, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Gaspedalstellung und andere Faktoren überwacht. Auf der Grundlage dieser Daten entscheidet das System über die optimale Einstellung des Variators, um das bestmögliche Übersetzungsverhältnis für eine bestimmte Situation zu erzielen.

In CVT-Getrieben ist ein Planetengetriebe zu finden, das zusätzliche Gangwechsel oder die Realisierung von Betriebsarten wie dem Rückwärtsgang ermöglicht. Das Planetengetriebe erhöht die Flexibilität und den Einsatzbereich des CVT-Getriebes.

Dank seiner Konstruktion bietet das CVT-Getriebe flexible und stufenlose Gangwechsel, was zu einem ruhigeren Fahrverhalten, besserer Leistung und optimiertem Kraftstoffverbrauch führt. Das CVT-Getriebe ist besonders beliebt in Hybrid- und Stadtfahrzeugen, bei denen Komfort und Effizienz im Vordergrund stehen. Das Kühl- und Schmiersystem des CVT-Getriebes sorgt dafür, dass die Kegelräder und die Kette ordnungsgemäß geschmiert und gekühlt werden, was Reibung und Verschleiß minimiert und die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit des Getriebes gewährleistet.

Doppelkupplungs-Automatikgetriebe (DCT/DSG).

Das Doppelkupplungs-Automatikgetriebe, auch bekannt als DCT (Dual-Clutch Transmission) oder DSG (Direct-Shift Gearbox), ist ein fortschrittlicher Mechanismus, der die Eigenschaften von Automatik- und Schaltgetrieben kombiniert. 

Das Grundelement des DCT-Getriebes sind zwei Kupplungen: eine für die geraden Gänge (2, 4, 6) und die andere für die ungeraden Gänge (1, 3, 5, 7). Diese Kupplungen arbeiten nach dem Prinzip der Nasskupplung (in Öl getaucht) oder der Trockenkupplung, je nach Konstruktion und Zweck des Getriebes. Der Betrieb der Kupplungen wird elektronisch gesteuert, so dass sie präzise ein- und ausgeschaltet werden können.

Ein weiteres wichtiges Bauteil sind die beiden Eingangswellen, von denen eine in der anderen liegt. Eine Welle ist für die ungeraden Gänge zuständig, die andere für die geraden Gänge. Dadurch kann der nächste Gang gleichzeitig zum Einlegen vorbereitet werden, was die Unterbrechung der Kraftübertragung beim Gangwechsel minimiert.

Der Schaltmechanismus des DCT besteht aus einer Reihe von Zahnrädern, die sich auf beiden Eingangswellen befinden. Diese Zahnräder sind für die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse verantwortlich und ihr Ein- und Auskuppeln wird durch einen Hydraulikkreislauf und Synchronisationsmechanismen gesteuert. Die Gänge werden durch Bewegen der Gabeln und Zusammenstecken der entsprechenden Zahnräder gewechselt, so dass das gewünschte Verhältnis gewählt werden kann.

Der Betrieb des Doppelkupplungsgetriebes wird durch ein hochentwickeltes elektronisches System, die so genannte TCU (Transmission Control Unit), gesteuert. Die TCU überwacht verschiedene Fahrparameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Motorlast, Drosselklappenstellung und Fahrerpräferenz (Fahrmodus). Anhand dieser Daten entscheidet die TCU, welche Kupplung zu betätigen ist, wann geschaltet werden muss und welches Übersetzungsverhältnis für eine optimale Leistung und Fahrökonomie zu wählen ist.

Bei einem Doppelkupplungsgetriebe ist auch das Schmier- und Ölkühlsystem eine sehr wichtige Komponente. Bei nassen Kupplungen wird Öl zur Schmierung und Kühlung der Kupplungen verwendet, um deren Lebensdauer und Zuverlässigkeit zu erhöhen. Das Öl zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf, und eine Pumpe und ein Kühler halten den richtigen Druck und die richtige Temperatur aufrecht.

Regenerationsprozess.

Das Automatikgetriebe wird zunächst vorgereinigt und dann zerlegt. Nach der Demontage werden die Bauteile in speziellen Anlagen wie Chemie- und Ultraschallwaschanlagen gereinigt. Die gereinigten Teile werden dann sorgfältig auf Verschleiß, Beschädigungen und andere Mängel geprüft. Komponenten, die den Anforderungen nicht entsprechen, werden durch neue oder überholte Teile ersetzt.

Der nächste Schritt ist der Austausch verschlissener oder beschädigter Teile. Bei einem klassischen Automatikgetriebe handelt es sich dabei in der Regel um Kupplungs- und Bremsscheiben, Bremsbänder, Dichtungen, Dichtungsringe, Hydraulikventile und Lager. In manchen Fällen müssen auch die Ölpumpe und die Komponenten der Drehmomentübertragung überholt oder ersetzt werden.

Bei DCT/DSG-Getrieben wird die Doppelkupplung immer durch eine fabrikneue Kupplung ersetzt. Mechanische oder elektronische Schäden an der Mechatronik und Lagerschäden sind ebenfalls häufige Probleme. Seltener müssen Synchronisatoren, Zahnräder und andere mechanische Komponenten ausgetauscht werden. Bei der Überholung werden immer alle in einem bestimmten Getriebe verwendeten Ölfilter ersetzt. Es sei darauf hingewiesen, dass einige Getriebemodelle neben den von außen zugänglichen Ölfiltern auch über Filter verfügen, die sich im Inneren des Gehäuses befinden und deren Austausch nicht ohne Ausbau des Getriebes möglich ist.

Die aus dem Automatikgetriebe ausgebaute hydraulische Steuereinheit (Ventilblock/Mechatronik) wird ebenfalls in ihre Einzelteile zerlegt und gründlich gereinigt. Nach dem Austausch von Dichtungen und anderen verschlissenen oder beschädigten Komponenten wird es wieder zusammengebaut und auf einem speziellen Prüfstand getestet. In einem Test, der den Betrieb im Getriebe nachbildet, werden die Parameter des Steuergeräts dynamisch geprüft - vor allem der Öldruck, der die einzelnen Aktuatoren erreicht, die die Gangwechsel steuern. 

Der Wandler, der Teil eines klassischen Automatikgetriebes (und einiger CVT-Getriebe) ist, wird ebenfalls einer Überholung unterzogen. Dabei wird der Wandler zerlegt, alle Komponenten gereinigt und anschließend überprüft. Alle Dichtungen werden ausgetauscht, ebenso verschlissene oder beschädigte Teile wie die Kupplungsbeläge oder -scheiben der Überbrückungskupplung, die Lager, die Stator-Einwegkupplung usw. Nach dem Einbau der neuen Komponenten wird der Konverter für das Schweißen vorbereitet, das auf einer speziellen automatisierten Station durchgeführt wird. Anschließend wird die Dichtheit des Wandlers überprüft und seine Auswuchtung gemessen und gegebenenfalls korrigiert.

Der letzte Schritt bei der Aufarbeitung eines Automatikgetriebes ist die Fertigstellung und Bewertung der Dichtheit und Funktion der Komponenten sowie eine abschließende Qualitätsprüfung.

Ursachen und Arten von Schäden

Symptome, die auf ein defektes Automatikgetriebe hinweisen können:

1. Mangel an reibungslosen Schaltvorgängen - Verzögerungen, Ruckeln oder zu abrupte Schaltvorgänge.
2. Keine Gangschaltung oder begrenzte Gangschaltung, keine Gänge.
3. Keine Reaktion oder verzögerte Reaktion beim Umschalten zwischen den P-R-N-D-Modi.
4. Ruckeln oder Stöße beim Umschalten zwischen den P-R-N-D-Modi.
5. Antriebsschlupf - der Motor erhöht die Geschwindigkeit, aber das Fahrzeug erhöht die Geschwindigkeit nicht im Einklang mit der Motordrehzahl.
6. Mangelnde Kraftübertragung - der Motor dreht hoch, aber das Fahrzeug springt nicht an.
7. Geräusche, Vibrationen hörbar/spürbar während der Fahrt.
8. Ölaustritt aus dem Getriebe.

Die häufigsten Mängel an Automatikgetrieben sind:

1. Verschleiß von Reibscheiben, Schäden an Kupplungen und Bremsen
2. Beschädigung des Konverters
3. Verschlissene oder beschädigte Ölpumpe
4. Beschädigung von Dichtungen
5. Beschädigung des Ventilblocks/der Mechatronik
6. Verschlissene oder beschädigte Lager
7. Fehlfunktion des elektronischen Getriebesteuergeräts