Das Getriebebuch. Robert Fischer Gunter Jürgens Ferit Rolf Najork Burkhard Pollak. Unter Mitarbeit von

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Ingelore Egger
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1 Robert Fischer Gunter Jürgens Ferit Rolf Najork Burkhard Pollak Das Getriebebuch Unter Mitarbeit von Gerhard Kokalj, Christian Hörsken Tobias Kassel, Artur Plötner NewYork

2 Formelzeichen, Indizes und Abkürzungen 1 Kernaufgabe der Fahrzeuggetriebe 1 Zugkraftbedarf und Momentenbereitstellung bei bei 2. Momentenbereitstellung bei Konstantfahrt Zugkraftbedarf und Momentenbereitstellung bei instationären 5 Zugkraftbedarf bei Beschleunigung.2.2 Momentenbereitstellung bei Beschleunigung Verbrauchskennfeld eines Verbrennungsmotors Möglichkeiten der Leistungsbereitstellung Zugkraftdiagramm Ansprechverhalten.2.7 Elektrische Maschinen für den Hybrid- und 1.3 Verbrauchsoptimierung Verbrauchsermittlung Lastpunktverschiebung Optimierung der Verbrennungskraftmaschine Potenzial kombinierter Lastpunktverschiebung und Optimierung der VKM.3.5 Wirkungsgrad Zielkonflikt zwischen Verbrauch und Fahrspaß 25 Anfahren und 29 Kupplungen Übersetzungen und ihre Auslegung tf.5.2 Anforderungen zur Auslegung 3S.5.3 Auslegung zur Erreichung der Höchstgeschwindigkeit.5.4 Auslegung der kleinsten Getriebeübersetzung als Overdrive Auslegung der größten.5.6 Auslegung der Anzahl und Stufung der Gänge Zielkonflikte bei der Übersetzungswahl Praktische Auslegungshinweise 45 Schaltdynamik und Komfort 47 Grundlagen des Gangwechsels und der Synchronisation 47 Klassifizierung von Schaltungen 47 Lastschaltende ohne Molormomcnteneingriff Lastschaltende Zughochschaltung mit Motormomenteingriff 52 am Beispiel der lastschaltenden Zughochschaltungen 53 Lastschaltende Zugrückschaltung 56 Zughochschaltung mit Zugkraftunterbrechung 57 Zugrückschaltung mit Betriebspunkte während des Schaltens im Motorkennfeld 62

3 2.2 Antriebsstrangdynamik 63 Antriebsstrangmodell Reduktion von Trägheitsmomenten Reduktion von Federsteifigkeiten Ersatzsystem Eigenfrequenzen und Eigenformen Schwingungsanregungen Erzwungene Schwingung Drehschwingungsdämpfung am Getriebeeingang Fahrzeugakustik Getriebe als Geräuschquelle Getriebe im Zusammenhang mit akustischem Fahreindruck 87 Fahrzeugdynamik und Fahrerinteraktion 89 Fahrzeugdynamik Dynamische Koppelung Einfluss des Schaltens Physiologische Empfindungen des Menschen 91 Elemente der Leistungsübertragung Grundlagen und Wirkprinzipien 95 Übertragungsformen und Anordnungen 95 Schalten und Modulieren der Leistungsübertragung einer Kupplung - Grundsätze der Kraftübertragung durch Reibung 99 Einfache Verzahnungsstufen 99 Auslegungskriterien für Verzahnungsstufen Die Hauptparameter einer Zahnradstufe Zahnflankenmodifikation Praktische Auslegungshinweise für Stirnradstufen Geräusch- und Tragfähigkeitsoptimierung der Laufverzahnung Kegelradstufen 3.3 Planetenstufen Aufbau und Kinematik der einfachen Planetenradstufe Grafische Ermittlung von Getriebeübersetzungen Kräfte, Momente, Verluste Konstruktionshinweise Fertigung Komplexe Planetenradsätze Leistungsverzweigung Differentiale Verschieberäder und Klauenschaltungen Wirkprinzip und Einsatzgebiete Auslegungsgrundlagen Beispiele ausgeführter Bauformen Trockenkupplungen Konstruktionsmerkmale einer Trockenkupplung 3.6 Nasskupplungen Grundlagen zur Drehmomentübertragung mit Mischreibung Wärmehaushalt von Nasskupplungen Verschleiß Öl- und Belagsbeanspruchung Schleppmoment

4 IX 3.7 Synchronisationseinheiten Abstraktion und Motivation Aufbau und Funktion einer Synchronisationseinheit Synchronisationssysteme Auslegungs- und Optimierungshinweise 3.8 Wandler und Funktion und Kennlinien fluiddynamischer Wandler Hinweise zur konstruktiven Gestaltung des Wandlers Funktion und Prinzipien der Überbrückungskupplung 3.9 Stufenlose Leistungsübertragung Wirkprinzip Reibradvariator Variator des Kegelringgetriebes Anpressung Betätigungs-, Servo- und Hilfssysteme Grundlagen und Wirkmechanismen Reduzierung des Kraftbedarfs 4.2 Übertragungselemente Kraftübertragung von stehenden auf drehende Elemente Ein- und Ausrücksysteme Innere Schaltungen 4.3 Kühlung und Schmierung 4.4 Anforderungen an Servo- und Automatisierungssysteme 4.5 Hydraulische Betätigung Pumpen Ventile zur Steuerung und Regelung Weitere Komponenten Regelungs- und Steuerungssubsysteme Betätigungssysteme 4.6 Pneumatische Betätigung Eigenschaften des Mediums Luft Komponenten der Pneumatik pneumatischer Kupplungssteuerung 4.7 Elektromechanische Betätigung Energiewandler Leistungsübertragung Bauformen von Aktuatoren 4.8 Energie- und Leistungsbilanz Steuerung und Regelung Elektronische Steuergeräte Übersicht Schnittstellen MikroController Überwachungseinrichtung Spannungsregler Elektromagnetische Ausführungen von 191

5 5.2 Softwarearchitektur Architektur Signalverarbeitung Drehzahlsensoren Schaltgabelpositionssensoren Drucksensoren Temperatursensoren Wählhebelpositionssensoren Signalaufbereitung und -Alterung Fehlererkennung On-Board-Diagnose Aktuatoren Schaltpunktwahl 202 Schaltstrategie Schaltdurchführung 205 Regelung Adaption Sicherheit in Getriebesystemen Berechnung des Drehmoments über Druck Getriebekonstruktionen für Bauartübergreifende Merkmale, Elemente und Aufgaben Getriebeanordnungen Getriebeentwicklung Konstruktionselemente des Getriebes Entwicklungsprozess für Getriebegehäuse 225 Ermittlung der Getriebebelastung 228 Toleranzanalyse Handschaltgetriebe 230 Aufbau und Baugruppen Anforderungen an Handschaltgetriebe Auslegung von Handschaltgetrieben Ausführungsbeispiele Automatisierte Handschaltgetriebe 235 Aufbau und Baugruppen Anforderungen an automatisierte Handschaltgetriebe Auslegung von automatisierten Handschaltgetrieben Ausführungsbeispiel Doppelkupplungsgetriebe Aufbau und Baugruppen Anforderungen an Doppelkupplungsgetriebe Auslegung von Doppelkupplungsgetrieben Ausführungsbeispiele Automatikgetriebe 248 Aufbau und Baugruppen Anforderungen an Automatikgetriebe Auslegung von Automatikgetrieben Aufbau und Baugruppen Anforderungen an Stufenlosgetriebe Auslegung von Stufenlosgetrieben Ausführungsbeispiel 258

6 XI 7 Elektrifizierung des Antriebsstrangs 7.1 Motivation und Abstraktion Anforderungen an elektrische und hybride Antriebsstränge Komponenten und Konfigurationen 265 Hauptkomponenten der Elektrifizierung Speichersysteme für elektrische Energie Weitere Subsysteme und Interaktionen zum Gesamtfahrzeug Serieller Hybrid Paralleler Hybrid Leistungsverzweigung Mischformen hybrider Konfigurationen Funktionen und Strategien hybrider Antriebsstränge 274 Start-Stopp-Funktion Rekuperation Boosten Elektrisches Fahren Lastpunktverschiebung Betriebsstrategien Elektrifizierungsgrade und Verbrauch Ausführungsbeispiele hybrider und elektrischer Antriebsstränge 282 Microhybride (Start-Stopp-Systeme) Leistungsverzweigte Hybride Beispielhafte Serienanwendungen von Parallelhybriden Mischform aus leistungsverzweigtem und parallelem Hybrid - Two-Mode-Hybrid Parallelhybrid auf Basis des Doppelkupplungsgetriebes Mischform aus seriellem und parallelem Hybrid Elektroantrieb mit zusätzlichem seriellem und leistungsverzweigtem Hybridmodus Getriebe für Elektrofahrzeuge Range Extender Getriebeanwendungen außerhalb des 293 Allgemeine Anforderungen an Getriebe außerhalb des Pkw-Bereichs Anforderungen an Lkw-Getriebe Dauerbremseinrichtungen für Lkw-Getriebe Ausführungsbeispiele von Busgetriebe 307 Anforderungen an Busgetriebe Ausführungsbeispiele von Busgetrieben Traktorgetriebe Anforderungen an Traktorgetriebe Getriebe als Teil der Tragstruktur Ausführungsbeispiele von Traktorgetrieben 8.5 Motorradgetriebe Anforderungen an Motorradgetriebe Ausführungsbeispiele mit Fußbetätigung Beispiele automatisierter Motorradgetriebe 320

7 XII Inhaltsverzeichnis 8.6 Rennsportgetriebe 322 Anforderungen im Rennsport Materialien in der Formel Ausführungsbeispiel eines 324 Literaturverzeichnis 327 Sachverzeichnis 335

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Inhaltsverzeichnis XIII

Inhaltsverzeichnis XIII 1 Kernaufgabe der Fahrzeuggetriebe......................... 1 1.1 Zugkraftbedarf und Momentenbereitstellung bei Konstantfahrt...... 2 1.1.1 Zugkraftbedarf bei Konstantfahrt.................... 2 1.1.2