1.1.1 Aufgabe des Triebstrangs

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1 1.1.1 Aufgabe des Triebstrangs Der Triebstrang eines Automobils hat die Aufgabe, den Zug- und Schubkraftebedarf für die Fortbewegung sicherzustellen. Im Antriebsmotor wird chemische Energie (Kraftstoffe) oder auch elektrische Energie (Batterie, Solarzellen) in mechanische Energie gewandelt. Bevorzugte Antriebe sind Otto- und Dieselmotoren. Jede Antriebsmaschine arbeitet in einem bestimmten Drehzahlbereich, begrenzt durch Leerlauf- und Maximaldrehzahl. Die charakteristischen Werte von Leistung und Drehmoment werden nicht gleichmäßig angeboten; die Maximalwerte stehen nur in Teilbereichen zur Verfügung (Bild 1.1). Die Übersetzungen in den Antriebsaggregaten sorgen dafür, dass das Drehmomentenangebot und der jeweilige Zugkraftbedarf einander angeglichen werden (Bild 1.2) Elemente des Triebstrangs Die Elemente des Triebstrangs müssen die folgenden Funktionen erfüllen: Stillstand auch bei laufendem Motor, Anfahren, Drehmoment und Drehzahl wandeln, Fahrbetrieb vorwärts und rückwärts ermöglichen, unterschiedliche Drehzahlen der Antriebsräder bei Kurvenfahrt zulassen, Betrieb der Antriebsmaschine im Verbrauchs- und Abgasoptimum des Kennfeldes ermöglichen. Als Triebstrang bezeichnet man sämtliche Bauteile des Kraftfahrzeugs, die dazu dienen, die «Dreharbeit» (das Drehmoment) des Motors auf die Antriebsräder zu übertragen. Die Kraftübertragung besteht aus folgenden Teilen: Kupplung (K), Wechselgetriebe (W), Verteilergetriebe (V) (bei Allradantrieb), Gelenkwellen (Kardanwellen) (G), Winkelgetriebe, Ausgleichsgetriebe (A) und bei Schwerstlast -Kraftfahrzeugen Radvor- gelegeantrieb. Stillstand, Anfahren und Kraftunterbrechung werden durch Betätigen der Kupplung ermöglicht. Während des Anfahrens schleift die Kupplung und überbrückt die Drehzahldifferenz zwischen Motor und Triebstrang. Wenn unterschiedliche Betriebszustände einen Gangwechsel erfordern, trennt die Kupplung den Triebstrang während des Schaltvorgangs. In automatischen Getrieben übernimmt der hydrodynamische Wandler den Anfahrvorgang Motordrehmoment und -drehzahl werden im Getriebe entsprechend dem Zugkraftbedarf des Fahrzeugs gewandelt. Die Gesamtwandlung des Triebstrangs ergibt sich - wenn nicht weitere Übersetzungsstufen vorhanden sind - als Produkt aus konstanter Übersetzung des Achstriebs und variabler Übersetzung des Getriebes. Die Getriebe sind überwiegend Mehrgang-Zahnradstufengetriebe und z. T. auch stufenlos. Zwei Arten von Zahnradgetrieben dominieren: Stirnradgetriebe in Vorgelegebauweise für Handschaltgetriebe und Planetengetriebe für lastschaltbare Automatgetriebe. Die Getriebe ermöglichen außerdem die für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt unterschiedlichen Drehrichtungen. Das ausgleichster Differenzialgetriebe lässt unterschiedliche Achs- und Raddrehzahlen bei Kurvenfahrt zu und sorgt für gleichmäßige Verteilung der Antriebsmomente Sperrdifferenziale bremsen den Ausgleich beim Durchdrehen eines Rades und treiben das haftende Rad mit einem erhöhten Moment an.

2 Bild 1.1 Charakteristischen Werte von Motorleistung und Drehmoment Antriebsarten Bild 1.2. Zugkraftbedarf (hyberbel) Man unterscheidet folgende Antriebsarten: Standardbauweise (Hinterradantrieb), Heckantrieb, Hinterradantrieb mit Mittelmotoranordnung, Frontantrieb (Vorderradantrieb), Allradantrieb (Vorder- und Hinterradantrieb). Standardbauweise (Bild 1.3) Motoranordnung vorn, Kupplung (K), Wechselgetriebe (W) oder statt Kupplung und Wechselgetriebe: Automatikgetriebe, Gelenkwellenstrang (G) und Achsantrieb (A) an der Hinterachse.

3 Bild 1.3 Hinterradantrieb Heckantrieb (Bild 1.4) Motor (M), Kupplung (K), Wechselgetriebe (W) und Achsantrieb (A) sind im Heck des Kfz angeordnet. Der Gelenkwellenstrang entfällt. Bild 1.4 Heckantrieb Mittelmotoranordnung (Bild 1.5) Der Motor (M) mit Kupplung (K) ist vor der Hinterachse, Wechselgetriebe (W) hinter und Achsantrieb (A) in der Hinterachse angeordnet. Hierdurch soll eine günstige Gewichtsverteilung erzielt werden (Schwerpunkt des Kfz in der Mitte zwischen Vorder-und Hinterachse), um neutrales Kurvenverhalten zu erreichen. Nachteilig ist, dass der beste Raum im Kfz - zwischen Vorder- und Hinterachse - zum Teil durch die Unterbringung des Motors verloren geht.

4 Bild 1.5 Hinterradantrieb mit Mittelmotoranordnung Frontantrieb Hierbei gelangt stets ein Fronttriebsatz zur Anwendung. Dabei kann der Motor (M) vor oder über der Vorderachse (Bild 1.6) oder in Längs- oder Querrichtung angeordnet sein. Bei der Queranordnung des Motors (Bild 1.7), die immer mehr angewendet wird, spart man den aufwendigen Kegelradantrieb. Bild 1.6 Vorderradantrieb mit Längsmotoranordnung Bild 1.7 Vorderradantrieb mit Quermotoranordnung Allradantrieb (Bild 1.8) Man unterscheidet: zuschaltbaren Vorderradantrieb bei permanentem (ständigem) Hinterradantrieb oder zuschaltbaren Hinterradantrieb bei ständigem Vorderradantrieb (1. Generation); permanenten Allradantrieb mit Verteilergetriebe (Verteilerdifferential V) und zuschaltbaren oder selbsttätigen Differentialsperren (2. Generation); permanenten Allradantrieb mit Viscokupplungen und -sperren (3. Generation).

5 Bild 1.8 Allradanrieb Der Standardantrieb ist geprägt durch den vorne liegenden Motor und den Antrieb an der Hinterachse. Daraus ergeben sich gegenüber dpm Fronttriebler folgende Vorteile: bei hoher Zuladung besseres Traktionsvermögen ausgeglichenere Gewichtsverteilung keine Antriebseinflüsse in der Lenkung Baukastensystem mit verschiedenen Motoren leichter möglich. Die Bauweise mit Heckmotor wird wegen ihrer unausgewogenen Gewichtsverteilung und den damit verbundenen problematischen Fahreigenschaften heute nur noch selten eingesetzt, z.b. bei Hochleistungssportwagen, wo sie ihre Vorteile einer exzellenten Traktion ausspielen kann. Ein Großteil der heute hergestellten Fahrzeuge hat Frontantrieb, d.h. der Motor ist untergebracht und der Antrieb erfolgt über die Vorderräder. Folgende Vorteile ergeben sich gegenüber dem Standardantrieb: gute Richtungsstabilisierung besseres Traktionsverhalten bei leerem Fahrzeug bessere Raumausnutzung möglich. Die Grenzen des Frontantriebes liegen im Einsatz in leistungsstarken Fahrzeugen, wo sowohl Traktionsprobleme als auch Antriebseinflüsse in der Lenkung störend auffallen. Die Grenzen der maximal einsetzbaren Leistung wurden in den letzten Jahren jedoch deutlich angehoben. Durch den Antrieb beider Achsen läßt sich die Traktion sowie das Steigvermögen bei Nässe und Schnee erheblich steigern. Bild 1.9 zeigt die befahrbare Steigung im Vergleich mit Heckund Frontantrieb.

6 Bild 1.9 Steigvermögen mit unterschiedlichen Antriebskonzepten (REIMPELL)