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Automatikgetriebe: Funktion/Arten/Aufbau
So funktionieren Automatikgetriebe
Die Gangwahlhebel von Automatik-Autos haben – wie hier beim BMW X6 – häufig nicht mehr viel mit klassischen Schaltknüppeln gemeinsam.
Der Drehmomentwandler ist mit Öl gefüllt. Darüber übertragen die darin rotierenden Schaufelräder die Kraft des Motors auf die Getriebeantriebswelle. Auf dieser sitzen mehrere Planetenradsätze, die von Schaltelementen variabel hintereinander geschaltet werden. So lassen sich unterschiedliche Übersetzungen zwischen Motor und Antriebsachse realisieren.
Bei Hybrid-Varianten, wie hier beim VW Golf GTE, sitzt vor der doppelten Kupplung noch ein Elektromotor, der über die Leistungsanschlüsse mit Strom versorgt wird. Dahinter greifen einzeln aktivierbare Zahnradpaare für die einzelnen Gänge auf zwei Wellen ineinander. Die Ausgangswelle verlässt versetzt davon das Getriebegehäuse zu den angetriebenen Rädern.
Kupplungspaar des DSG auf zwei unterschiedlichen Wellen für gerade und ungerade Gänge.
Die Drehzahl von der Antriebswelle wird über eine Laschenkette auf die Ausgangswelle übertragen. Der Abstand der zwei Kegelräder auf Antriebs- und Ausgangswelle kann vergrößert oder verkleinert werden – damit ändern sich wirksamer Radius und Übersetzungsverhältnis völlig variabel.
Mehr Gänge werden Getriebe kaum noch bekommen. Der Grund: die E-Mobilität. Meist reicht eine feste Untersetzung für alle Geschwindigkeiten. Und in "R" dreht die E-Maschine einfach rückwärts. Nur extreme Elektroautos wie der Porsche Taycan setzen für hohes Autobahntempo noch auf einen zweiten Gang.
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 ihm 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 man sie hinter dem Lenkrad überhaupt nicht bemerkt. Schluss damit! Wir brechen hier eine Lanze für die moderne Getriebetechnik. Schließlich sind es ja vor allem diese komplizierten Automatikgetriebe mit unzähligen Zahnrädern, Kupplungen und Stellelementen, die die erheblichen Verbrauchseinsparungen in den vergangenen Jahrzehnten überhaupt mit möglich gemacht haben. Auch interessant: Unsere Produkttipps bei Amazon
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Das Automatikgetriebe des Mercedes E 200
Ein Beispiel: Als Mercedes bei der E-Klasse das G-Tronic-Automatikgetriebe 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 des Automatikgetriebes das Rangieren, und der längere siebte das sparsame Cruisen auf der Autobahn.
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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.
Die Funktion der 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 bei dieser Art Automatikgetriebe nicht von einer Kupplung, sondern von einem Drehmomentwandler entkoppelt. Vereinfacht gesagt handelt es sich dabei um eine Flüssigkeitskupplung, welche 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 Automatikgetriebe auch immer häufiger sogenannte Hybrid-Module gesetzt. Dabei handelt es sich um ringförmige Elektromotoren, die das Auto auch selbstständig antreiben und im Schleppbetrieb elektrische Energie rekuperieren können.
Doppelkupplungsgetriebe: Funktion & Aufbau
Ein solches Hybridmodul lässt sich übrigens auch vor ein Doppelkupplungsgetriebe (DSG) setzen. Die unterschiedlichen Gangübersetzungen und der Kraftschluss zum Verbrenner werden hier allerdings anders realisiert: Die Drehzahlübertragung auf das Automatikgetriebe übernimmt nämlich kein Wandler, sondern eine von zwei hintereinander angeordneten Reibungskupplungen. 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.
Durch dieses Einlegen des nächsten Ganges gibt es während des Gangwechsels keine Zugkraftunterbrechung. Das verbessert Komfort, Effizienz und Performance. Kein Wunder, dass dieses Prinzip des Automatikgetriebes 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.
Der Vorteil stufenloser CVT-Getriebe
Stufenlose Automatikgetriebe sind bei Autos aus Europa eher selten, in Japan schwört man jedoch darauf. CVT-Getriebe sind theoretisch in der Lage, unendlich viele Übersetzungsverhältnisse 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 dieser Automatikgetriebe 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.
Das automatisierte Schaltgetriebe (ASG) wird seltener
Eine weitere Variante ist das automatisierte Schaltgetriebe. In seiner grundsätzlichen Funktion dem manuellen Getriebe entsprechend, initiiert die Elektronik sowohl das Auskuppeln als auch das Schalten. Vorteile dieser Art des Automatikgetriebes sind der vergleichsweise einfache technische Aufbau und die daher niedrigen Produktionskosten. Von Nachteil sind relativ lange Schaltpausen und die Zugkraftunterbrechnung während des Schaltvorgangs. Aus diesen Gründen wechselte man beispielsweise beim Opel Corsa zu einem Doppelkupplungsgetriebe, andere Budgetmodelle wie der Hyundai i10 (Stand: August 2023) setzen nach wie vor auf diese Technik.
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. Elektromotoren 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 Technik für Automatikgetriebe mehr. Stattdessen reicht meist eine feste Untersetzung für alle Geschwindigkeiten. Und in "R" dreht die E-Maschine einfach rückwärts. Nur extreme Elektroautos wie der Porsche Taycan setzen für hohes Autobahntempo noch auf einen zweiten Gang.
