Schaltgetriebe

Ein manuelles Getriebe ( MT ), auch bekannt als Schaltgetriebe , Standardgetriebe (in Kanada , Großbritannien und den Vereinigten Staaten ) oder Stick Shift (in den Vereinigten Staaten), ist ein Mehrgang- Kraftfahrzeuggetriebe, bei dem der Fahrer die Gänge manuell durch Betätigung eines Schalthebels und einer Kupplung (in der Regel ein Fußpedal bei Autos oder ein Handhebel bei Motorrädern) auswählen muss .

Frühe Automobile verwendeten Schiebekupplungsgetriebe mit bis zu drei Vorwärtsgängen. Seit den 1950er Jahren sind Klauenkupplungsgetriebe immer verbreiteter geworden, und die Anzahl der Vorwärtsgänge hat sich bei modernen Fahrzeugen auf 5- und 6-Gang-Schaltgetriebe erhöht.

Die Alternative zum Schaltgetriebe ist das Automatikgetriebe . Gängige Automatikgetriebe sind das hydraulische Automatikgetriebe (AT) und das stufenlose Automatikgetriebe (CVT). Das automatisierte Schaltgetriebe (AMT) und das Doppelkupplungsgetriebe (DCT) sind intern ähnlich wie ein herkömmliches Schaltgetriebe, schalten aber automatisch.

Alternativ gibt es halbautomatische Getriebe . Diese Systeme basieren auf dem Aufbau eines herkömmlichen Schaltgetriebes und sind technisch ähnlich. Sie verfügen über einen Schalthebel, mit dem der Fahrer die Gänge manuell wechseln kann. Der Fahrer muss jedoch vor dem Gangwechsel kein Kupplungspedal betätigen. Stattdessen wird die mechanische Verbindung des Kupplungspedals durch einen Aktuator , Servo oder Magnetventil und Sensoren ersetzt , die das Kupplungssystem automatisch betätigen, sobald der Fahrer den Schalthebel berührt oder bewegt . Dadurch entfällt das physische Kupplungspedal.

Ein Schaltgetriebe erfordert vom Fahrer die Betätigung von Schalthebel und Kupplung zum Gangwechsel (im Gegensatz zu einem Automatik- oder Halbautomatikgetriebe , bei dem eine (typischerweise die Kupplung) oder beide dieser Funktionen automatisiert sind ). Die meisten Pkw-Schaltgetriebe ermöglichen es dem Fahrer, jederzeit jedes beliebige Übersetzungsverhältnis zu wählen, beispielsweise vom zweiten in den vierten oder vom fünften in den dritten Gang. Sequenzielle Schaltgetriebe hingegen , die häufig in Motorrädern und Rennwagen eingesetzt werden , erlauben dem Fahrer lediglich die Wahl des nächsthöheren oder nächstniedrigeren Gangs.

Bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe ist das Schwungrad mit der Kurbelwelle des Motors verbunden und dreht sich daher mit Motordrehzahl. Zwischen dem Schwungrad und der Getriebedruckplatte, die an der Getriebeeingangswelle befestigt ist, befindet sich eine Kupplungsscheibe. Diese steuert, ob das Getriebe mit dem Motor verbunden ist oder nicht. Das Kupplungspedal steuert den Zustand der Druckplatte ( Kupplung eingerückt – das Kupplungspedal ist nicht betätigt) oder die Verbindung zum Motor unterbrochen ( Kupplung ausgerückt – das Kupplungspedal ist getreten). Wenn der Motor läuft und die Kupplung eingerückt ist (d. h. das Kupplungspedal getreten ist), dreht das Schwungrad die Kupplungsdruckplatte und somit das Getriebe.

Die meisten Schaltgetriebe für Pkw funktionieren so, dass die Übersetzungsverhältnisse durch das Einrasten bestimmter Zahnradpaare auf der Abtriebswelle im Getriebeinneren eingestellt werden. Dies ist ein grundlegender Unterschied zu einem typischen hydraulischen Automatikgetriebe , das mit einem Planetengetriebe und einem hydraulischen Drehmomentwandler arbeitet . Ein Automatikgetriebe, das dem Fahrer die Gangwahl ermöglicht (z. B. über Schaltwippen oder die „+/−“-Positionen am Wählhebel), wird als manuelles Schaltgetriebe bezeichnet und gilt nicht als Schaltgetriebe. Einige Automatikgetriebe basieren zwar auf dem mechanischen Aufbau und der internen Konstruktion eines Schaltgetriebes, verfügen aber über zusätzliche Komponenten (wie computergesteuerte Aktuatoren und Sensoren ) , die Zeitpunkt und Geschwindigkeit der Gangwechsel und der Kupplung automatisch steuern; diese Bauart wird üblicherweise als automatisiertes Schaltgetriebe (oder manchmal als kupplungsloses Schaltgetriebe ) bezeichnet .

Moderne Pkw-Schaltgetriebe verfügen typischerweise über fünf oder sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang; zeitweise wurden jedoch auch Getriebe mit zwei bis sieben Gängen gefertigt. Lkw- und andere Nutzfahrzeuggetriebe besitzen oft acht bis fünfundzwanzig Gänge, um die Motordrehzahl im optimalen Leistungsbereich für alle üblichen Fahrgeschwindigkeiten zu halten. Die Bedienung solcher Getriebe erfolgt meist nach dem gleichen Schaltmuster mit einem oder mehreren Schaltern zum Einlegen des nächsten Gangs.

• Schaltgetriebe im Betrieb
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  Funktionsweise eines 4-Gang-Schaltgetriebes mit konstantem Eingriff
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  Nicht-synchronisiertes „Crash“-Getriebe; mit Gleitkämmkonstruktion , verwendet in älteren Fahrzeugen
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  Funktionsweise eines sequenziellen 4-Gang-Schaltgetriebes mit konstantem Eingriff, wie es häufig in Motorrädern und Rennwagen verwendet wird.
• Film von 1936 über ein Automobilgetriebe

Viele der ersten Automobile hatten einen Heckmotor und einen einfachen Riemenantrieb als einstufiges Getriebe. Der Panhard & Levassor von 1891 gilt als bedeutender Fortschritt in der Getriebetechnik, da er ein Dreigang-Schaltgetriebe verwendete. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Dieses Getriebe sowie viele ähnliche Konstruktionen, die es inspirierte, waren nicht-synchron (auch als Schiebegetriebe bezeichnet ). Der Gangwechsel erfolgte durch Verschieben der Zahnräder auf ihren Wellen, bis die gewünschten Zähne ineinandergriffen. Der Fahrer musste daher beim Schalten präzise auf Timing und Gaspedalbetätigung achten , damit die Zahnräder beim Einlegen annähernd die gleiche Drehzahl hatten; andernfalls griffen die Zähne nicht ineinander. Dies war schwierig zu erreichen, weshalb Gangwechsel oft von knirschenden oder kratzenden Geräuschen begleitet wurden, was den Getrieben den Spitznamen „Crashboxen“ einbrachte. ^{[ 4 ]} Auch nachdem Pkw auf synchrone Getriebe (d. h. mit Synchronisierung) umgestellt worden waren, blieben viele Getriebe für schwere Lastwagen, Motorräder und Rennwagen unsynchronisiert, um den erforderlichen Kräften standzuhalten oder eine schnellere Schaltzeit zu ermöglichen .

Das erste Auto mit einem synchronisierten Schaltgetriebe war der Cadillac von 1929. [ ^{5 ] Die} meisten nordamerikanischen Automarken hatten bis Mitte der 1930er-Jahre synchronisierte Schaltgetriebe eingeführt, üblicherweise für den zweiten und die höheren Gänge. 1947 patentierte Porsche das Split-Ring -Synchronisierungssystem. ^{[ 6 ]} Der Porsche 356 von 1952 war das erste Auto mit einem Getriebe, das in allen Vorwärtsgängen synchronisiert war. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Anfang der 1950er-Jahre verfügten die meisten Autos nur über eine Synchronisierung beim Schalten vom dritten in den zweiten Gang (die Bedienungsanleitungen empfahlen, vor dem Schalten vom zweiten in den ersten Gang vollständig anzuhalten).

Bis Ende der 1970er-Jahre besaßen die meisten Getriebe drei oder vier Vorwärtsgänge, obwohl Fünfgang-Schaltgetriebe gelegentlich in Sportwagen wie dem Ferrari 166 Inter von 1948 und dem Alfa Romeo 1900 Super Sprint von 1953 zum Einsatz kamen . In den 1980er-Jahren setzten sich Fünfganggetriebe und die Synchronisierung aller Vorwärtsgänge durch.

Sechsgang-Schaltgetriebe hielten Anfang der 1990er-Jahre Einzug in Hochleistungsfahrzeuge wie den BMW 850i (1990) und den Ferrari 456 (1992 ). Das erste Sechsgang-Schaltgetriebe wurde 1967 im Alfa Romeo 33 Stradale eingeführt . Das erste Siebengang-Schaltgetriebe kam 2012 im Porsche 911 (991) zum Einsatz . ^{[ 9 ]}

Im Jahr 2008 waren 75,2 % der in Westeuropa produzierten Fahrzeuge mit Schaltgetriebe ausgestattet, 16,1 % mit Automatikgetriebe und 8,7 % mit anderen Getriebearten. ^{[ 10 ]}

Ein Schaltgetriebe verfügt über mehrere Wellen mit verschiedenen Zahnrädern und anderen Bauteilen. Die meisten modernen Pkw verwenden Klauengetriebe mit drei Wellen: einer Eingangswelle , einer Vorgelegewelle (auch Zwischenwelle genannt ) und einer Ausgangswelle . ^{[ 11 ]}

Die Eingangswelle ist mit dem Motor verbunden und dreht sich mit Motordrehzahl, sobald die Kupplung eingerückt ist. ^{[ 12 ]} Die Vorgelegewelle besitzt Zahnräder unterschiedlicher Größe, die fest mit den entsprechenden Zahnrädern der Eingangswelle kämmen. ^{[ 13 ]} Auch die Zahnräder der Ausgangswelle kämmen fest mit den entsprechenden Zahnrädern der Vorgelegewelle; die Zahnräder der Ausgangswelle können sich jedoch unabhängig von der Ausgangswelle drehen (durch Lager zwischen den Zahnrädern und der Welle). ^{[ 14 ]} Mithilfe von Schaltmuffen (betätigt über die Schaltstangen ) wird die Drehzahl der Ausgangswelle vorübergehend auf die Drehzahl des eingelegten Gangs fixiert. ^{[ 15 ]} Einige Getriebekonstruktionen – wie beispielsweise beim Volvo 850 und S70 – verfügen über zwei Vorgelegewellen, die jeweils ein Abtriebsritzel antreiben, welches mit dem Tellerrad des Vorderradantriebsgetriebes kämmt. Dies ermöglicht ein schmaleres Getriebe, da die Länge jeder Vorgelegewelle im Vergleich zu einem Getriebe mit vier Gängen und zwei Schalthebeln halbiert wird.

Die festen und freien Zahnräder können entweder auf der Eingangs- oder Ausgangswelle oder auf beiden montiert sein. Beispielsweise könnten bei einem Fünfganggetriebe die Schalthebel für den ersten und zweiten Gang auf der Vorgelegewelle, die Schalthebel für den dritten und vierten Gang sowie der fünfte Gang jedoch auf der Hauptwelle angeordnet sein. Das bedeutet, dass sich die Zahnräder des dritten, vierten und fünften Gangs nicht drehen, wenn das Fahrzeug steht, im Leerlauf läuft, die Kupplung eingerückt ist und sich die Eingangswelle dreht.

Im Leerlauf sind die Zahnräder der Abtriebswelle nicht mit der Welle verbunden, sodass sich Ein- und Abtriebswelle unabhängig voneinander drehen können. Für den Rückwärtsgang wird ein Zwischenrad verwendet, um die Drehrichtung der Abtriebswelle umzukehren. Bei vielen Getrieben können Ein- und Abtriebswelle direkt miteinander verbunden werden (unter Umgehung der Vorgelegewelle), wodurch ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 entsteht, das als Direktantrieb bezeichnet wird .

Bei Getrieben für Fahrzeuge mit längs eingebautem Motor (z. B. die meisten Pkw mit Hinterradantrieb) liegen Eingangs- und Ausgangswelle üblicherweise auf derselben Achse, da dies die auf das Getriebegehäuse wirkenden Torsionskräfte reduziert. Die aus Eingangs- und Ausgangswelle bestehende Baugruppe wird als Hauptwelle bezeichnet (wobei der Begriff manchmal auch nur für die Eingangs- oder die Ausgangswelle verwendet wird). Die unabhängige Drehung von Eingangs- und Ausgangswelle wird dadurch ermöglicht, dass eine Welle in der Hohlbohrung der anderen Welle gelagert ist und sich zwischen den beiden Wellen ein Lager befindet.

Bei einem Getriebe für Fahrzeuge mit quer eingebautem Motor (z. B. Pkw mit Vorderradantrieb), auch Transaxle genannt , gibt es üblicherweise nur zwei Wellen: Eingangswelle und Vorgelegewelle (manchmal auch Eingangs- und Ausgangswelle genannt). Die Eingangswelle verläuft über die gesamte Länge des Getriebes, und es gibt kein separates Eingangsritzel. Diese Getriebe verfügen außerdem über ein integriertes Differenzial , das über ein Ritzel am Ende der Vorgelege-/Ausgangswelle angeschlossen ist.

• Gangwahl in einem Klauengetriebe
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  Erster Gang (blau, nach hinten)
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  Zweiter Gang (blau, nach vorn)
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  Dritter Gang (lila, nach hinten)
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  Vierter Gang (lila, nach vorn)

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  Rückwärtsgang (grün leuchtet)
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  Neutral (alle ausgeschieden)

Bei einem modernen, klauenverzahnten Schaltgetriebe stehen die Zahnräder permanent in Eingriff. Klauenkupplungen (auch als Klauenkupplungen bezeichnet ) dienen zur Auswahl des Übersetzungsverhältnisses. Sind die Klauenkupplungen aller Gänge ausgekuppelt (d. h. im Leerlauf), können sich alle Zahnräder frei um die Abtriebswelle drehen. Legt der Fahrer einen Gang ein, wird die entsprechende Klauenkupplung (über die Schaltstangen) eingerückt und fixiert die Abtriebswelle des Getriebes auf den gewählten Gang. Dadurch dreht sich die Abtriebswelle mit der gleichen Drehzahl wie der eingelegte Gang, wodurch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes bestimmt wird. ^{[ 16 ]}

Die Klauenkupplung ist ein verschiebbarer Schaltmechanismus, der um die Abtriebswelle sitzt. Ihre Zähne greifen in die Verzahnung der Welle und zwingen diese, sich mit der gleichen Drehzahl wie die Nabe zu drehen. Die Kupplung kann sich jedoch auf der Welle vor- und zurückbewegen, um die Verzahnung einzu- oder auskuppeln. Diese Bewegung wird durch eine Schaltgabel gesteuert, die mit dem Schalthebel verbunden ist. Da sich die Gabel nicht dreht, ist sie an einem Kragenlager am Schaltmechanismus befestigt. Der Schaltmechanismus ist typischerweise symmetrisch: Er gleitet zwischen zwei Zahnrädern und verfügt über eine Synchronisierung und Zähne auf jeder Seite, um jedes Zahnrad mit der Welle zu verbinden. Im Gegensatz zu einigen anderen Kupplungstypen (wie der Fußkupplung eines Schaltgetriebes) bietet eine Klauenkupplung eine schlupffreie Verbindung und ist nicht für absichtliches Durchrutschen geeignet.

Um sanfte Gangwechsel zu ermöglichen, ohne dass der Fahrer die Motordrehzahl für jeden Gangwechsel manuell anpassen muss, verwenden die meisten modernen Pkw-Getriebe Synchronringe (auch Synchronisierungsringe genannt) für die Vorwärtsgänge. Diese Vorrichtungen gleichen die Drehzahl der Eingangswelle automatisch an die des eingelegten Gangs an, wodurch Techniken wie Zwischengas überflüssig werden . Das Synchrongetriebe wurde 1919 von Earl Avery Thompson erfunden und 1928 erstmals von Cadillac in Serienfahrzeugen eingesetzt. ^{[ 17 ]}

Die Synchronisierung in einem Klauengetriebe ist notwendig, da die Klauenkupplungen die Drehzahl der Eingangswelle an die Drehzahl des eingelegten Gangs anpassen müssen. Andernfalls greifen die Klauenzähne nicht richtig ein, und es entsteht ein lautes Schleifgeräusch. Um die Eingangswelle je nach Bedarf zu beschleunigen oder zu verlangsamen, sind an jedem Zahnrad kegelförmige Synchronringe aus Messing angebracht. Beim Schalten in den nächsten Gang drücken diese Synchronringe auf die kegelförmige Hülse am Klauenring, sodass die Reibungskräfte die Drehzahldifferenz verringern. ^{[ 18 ]} Sobald die Drehzahlen angeglichen sind, greift die Klauenkupplung ein, und der neue Gang ist eingelegt. In einem modernen Getriebe arbeiten all diese Komponenten so reibungslos und schnell, dass sie kaum wahrnehmbar sind. Viele Getriebe verzichten auf eine Synchronisierung des Rückwärtsgangs .

Das Synchronisierungssystem muss zudem verhindern, dass der Synchronring die Sperrringe überbrückt, solange die Gänge synchronisiert werden. Dies wird durch Sperrringe (auch Blockierringe genannt) erreicht. Der Synchronring dreht sich aufgrund des Reibungsmoments der Kegelkupplung leicht. In dieser Position wird das Einrücken der Klauenkupplung verhindert. Sobald die Gänge synchronisiert sind, lässt die Reibung am Sperrring nach, und der Sperrring dreht sich leicht. Dadurch werden bestimmte Nuten oder Kerben ausgerichtet, die das Einrücken der Klauenkupplung ermöglichen.

Gängige Metalle für Synchronringe sind Messing und Stahl . Sie werden entweder durch Schmieden oder Blechumformen hergestellt. Beim Blechumformen wird das Teil aus einem Blechstreifen ausgestanzt und anschließend bearbeitet , um die exakte Form zu erhalten. Die Ringe werden mitunter mit verschleißfesten Belägen (auch Reibbeläge genannt) aus Molybdän , Eisen , Bronze oder Kohlenstoff beschichtet (wobei letzterer aufgrund der hohen Kosten üblicherweise Hochleistungsgetrieben vorbehalten ist). ^{[ 19 ]}

Mechanischer Verschleiß der Synchronringe und -hülsen kann die Wirksamkeit des Synchronsystems mit der Zeit beeinträchtigen. Diese Ringe und Hülsen müssen bei jedem Gangwechsel die Trägheit der gesamten Eingangswelle und der Kupplungsscheibe überwinden (sowie die Trägheit und Leistung des Motors, wenn der Fahrer versucht, einen Gang zu wechseln, ohne die Kupplung vollständig zu trennen). Größere Drehzahlunterschiede zwischen Eingangswelle und Zahnrad erfordern höhere Reibungskräfte an den Synchronkomponenten, was deren Verschleiß potenziell erhöht.

Selbst bei modernen Getrieben, bei denen alle Vorwärtsgänge im festen Eingriff sind, verwendet der Rückwärtsgang oft noch die ältere Schiebekupplungsbauweise (auch „Crashbox“ genannt). Das bedeutet, dass beim Einlegen des Rückwärtsgangs die Zahnräder ineinandergreifen. Eine weitere Besonderheit des Rückwärtsgangs ist, dass er aus zwei Zahnrädern besteht – einem Zwischenrad auf der Vorgelegewelle und einem weiteren Zahnrad auf der Abtriebswelle –, die beide fest mit der Welle verbunden sind (d. h. sie drehen sich immer mit der gleichen Drehzahl wie die Welle). Diese Zahnräder sind üblicherweise Stirnräder mit geradverzahnten Zähnen, was – im Gegensatz zu den schrägverzahnten Zähnen der Vorwärtsgänge – beim Rückwärtsfahren ein heulendes Geräusch verursacht.

Beim Einlegen des Rückwärtsgangs wird das Zwischenrad mechanisch in die entsprechenden Zahnräder der Ein- und Ausgangswelle gesteckt. Um ein Knirschen beim Einrasten zu vermeiden, müssen die Zahnräder stillstehen. Da sich die Eingangswelle aufgrund von Trägheit oder Kupplungsschleifen oft noch dreht (selbst nach dem Stillstand des Fahrzeugs), ist ein Mechanismus zum Anhalten der Eingangswelle erforderlich, beispielsweise die Synchronringe für den fünften Gang. Einige Fahrzeuge verwenden jedoch ein Synchronsystem für den Rückwärtsgang, wodurch ein mögliches Knirschen beim Einlegen des Rückwärtsgangs bei noch drehender Eingangswelle verhindert wird.

Die meisten Getriebe verfügen über eine Sperre, die ein versehentliches Einlegen des Rückwärtsgangs während der Vorwärtsfahrt verhindert. Diese Sperre kann in Form eines Kragens unter dem Schaltknauf ausgeführt sein, der angehoben werden muss, oder es ist zusätzlicher Kraftaufwand nötig, um den Schalthebel in die Position des Rückwärtsgangs zu bringen. Auch zwischen dem fünften Gang und dem Rückwärtsgang kann eine Sperre vorhanden sein, wenn diese beiden Gänge in der gleichen Ebene des Schaltschemas liegen. In diesem Fall muss das Getriebe in Neutralstellung gebracht werden, bevor vom fünften Gang in den Rückwärtsgang geschaltet werden kann.

Eine weitere Getriebebauart, die in älteren Pkw , Lkw und Traktoren zum Einsatz kommt , ist das nicht-synchrone Getriebe (auch als Crash-Getriebe bekannt). Nicht-synchrone Getriebe arbeiten mit einem Schiebe- (oder später mit einem festen) Eingriff und tragen den Spitznamen „Crash“, da das Schalten mitunter schwergängig ist und dabei knallende oder kratzende Geräusche verursacht.

Fahrzeuge mit Schaltgetriebe nutzen eine Kupplung, um die Verbindung zwischen Motor und Getriebe zu steuern und das Getriebe beim Gangwechsel sowie im Stand vom Motor zu entkoppeln. Ohne Kupplung würde der Motor bei jedem Stillstand absterben, und das Schalten wäre schwierig (zum Herunterschalten muss der Fahrer das Gaspedal so anpassen, dass das Getriebe nicht belastet wird, und zum Einlegen eines Ganges muss die Motordrehzahl exakt der Fahrgeschwindigkeit des gewählten Gangs entsprechen).

Die meisten Kraftfahrzeuge verwenden ein Pedal zur Betätigung der Kupplung; eine Ausnahme bilden Motorräder, die üblicherweise einen Kupplungshebel am linken Lenker haben .

Bei den meisten Fahrzeugen mit Schaltgetriebe wählt der Fahrer die Gänge durch Betätigung eines Hebels, dem sogenannten Schalthebel (auch Gangwahlhebel oder Schaltgestänge genannt ). In den meisten Autos befindet sich der Schalthebel auf dem Boden zwischen Fahrer und Beifahrer, bei manchen Fahrzeugen ist er jedoch an der Lenksäule oder der Mittelkonsole montiert .

Die Bewegung des Schalthebels wird (über feste Gestänge oder Seilzüge) auf die Schaltgabeln im Getriebe übertragen.

Motorräder sind typischerweise mit sequenziellen Schaltgetrieben ausgestattet , wobei das Schaltschema aus Sicherheitsgründen leicht modifiziert ist. Die Gangwahl erfolgt üblicherweise über den linken (oder bei älteren Motorrädern rechten) Fußschalthebel mit der Anordnung 1–N–2–3–4–5–6.

In der Zeit, als US-Fahrzeuge üblicherweise nur drei Vorwärtsgänge hatten, befand sich der Schalthebel meist an der Lenksäule – eine Anordnung, die man auch als „Lenkradschaltung“ bezeichnete. Im Gegensatz dazu verwendeten leistungsstarke Fahrzeuge und europäische Fahrzeuge im Allgemeinen meist ein Vierganggetriebe mit Schalthebeln am Boden. Diese Anordnung wurde als „Four-on-Floor“ bezeichnet.

Die meisten Fahrzeuge mit Frontmotor und Hinterradantrieb (FR) haben ein Getriebe, das zwischen Fahrer- und Beifahrersitz angeordnet ist. Die Schalthebel sind oft direkt mit dem Getriebe verbunden. Fahrzeuge mit Frontmotor und Vorderradantrieb (FF) , Fahrzeuge mit Heckmotor und Hinterradantrieb (RR) sowie Fahrzeuge mit Frontmotor und hintenliegendem Getriebe benötigen häufig eine mechanische Verbindung zwischen Schalthebel und Getriebe.

Manche Fahrzeuge haben einen Schalthebel an der Lenksäule. Die 3-Gang-Lenkradschaltung, im Volksmund als „Three on the Tree“ bekannt, tauchte in Amerika Ende der 1930er-Jahre auf und wurde in den 1940er- und 1950er-Jahren weit verbreitet. Wenn ein US-Fahrzeug mit Overdrive ausgestattet war , handelte es sich höchstwahrscheinlich um ein Borg-Warner -System. Dieses wurde aktiviert, indem man bei Geschwindigkeiten über 45 km/h (28 mph) kurz vom Gaspedal ging und es anschließend kurz durchdrückte, um in den normalen Gang zurückzukehren. Die Overdrive-Funktion wurde beispielsweise beim Parken am Berg oder zum Verhindern ungewollter Schaltvorgänge deaktiviert.

Später wurden europäische und japanische Modelle mit 4-Gang-Lenkradschaltungen mit folgendem Schaltschema ausgestattet:

Die meisten in den USA und Kanada verkauften Fahrzeuge nordamerikanischer Spezifikationen waren mit einer 3-Gang-Lenkradschaltung ausgestattet – die Chevrolet/GMC-Vans der ersten Generation (Baujahre 1964–1970) besaßen eine äußerst seltene 4-Gang-Lenkradschaltung. Die manuelle Lenkradschaltung verschwand in Nordamerika Mitte der 1980er-Jahre und wurde zuletzt 1987 im Chevrolet Pickup verbaut . Vor 1980 waren die Kompaktwagen der GM-X-Plattform (Chevrolet Nova und seine baugleichen Varianten) die letzten Pkw mit manueller Lenkradschaltung. Außerhalb Nordamerikas wurde die Lenkradschaltung weiterhin verwendet. Alle Toyota Crown- und Nissan Cedric- Taxis in Hongkong waren bis 1999 mit der 4-Gang-Lenkradschaltung ausgestattet, bis erstmals Automatikgetriebe angeboten wurden. Seit Ende der 1980er oder Anfang der 1990er Jahre wurde in einigen in Asien und Europa verkauften Transportern, wie dem Toyota Hiace , dem Mitsubishi L400 und dem Fiat Ducato der ersten Generation , eine 5-Gang-Lenkradschaltung angeboten . Viele europäische Pkw verfügten über manuelle Lenkradschaltungen, und der Renault 16TX hatte ebenfalls ein 5-Gang-Getriebe.

Lenkradschaltungen ähneln mechanisch Bodenschaltungen, allerdings erfolgt der Schaltvorgang vertikal statt horizontal. Da der Schalthebel weiter vom Getriebe entfernt ist und die Bewegungen am Schalthebel und am Getriebe in unterschiedlichen Ebenen stattfinden, benötigen Lenkradschaltungen eine komplexere Schaltmechanik als Bodenschaltungen. Vorteile einer Lenkradschaltung sind die Möglichkeit, zwischen den beiden am häufigsten verwendeten Gängen – dem zweiten und dritten – zu schalten, ohne das Lenkrad loszulassen, und die fehlende Beeinträchtigung des Fahrgastraums in Fahrzeugen mit Sitzbank .

Einige kleinere Fahrzeuge der 1950er- und 1960er-Jahre, wie der Citroën 2CV , der Renault 4 und die frühen Renault 5, besaßen einen Schalthebel im Armaturenbrett. Dieser war kostengünstiger in der Herstellung als eine Lenkradschaltung und praktischer, da das Getriebe vor dem Motor montiert war. Die Schaltgestänge konnten somit oberhalb des Motors angebracht werden. Der Nachteil bestand darin, dass das Schalten weniger komfortabel und in der Regel langsamer war.

Neuere Kleinwagen und Vans wie der Suzuki MR Wagon , der Fiat Multipla , der Toyota Matrix , der Pontiac Vibe , die Fahrzeuge der Chrysler RT-Plattform , der Honda Element , der Honda Civic , der Daihatsu Sigra und der Honda Avancier verfügen möglicherweise über einen Schalthebel für manuelle oder automatische Getriebe in der Instrumententafel, ähnlich wie bei den Chrysler-Modellen und Powerglide Corvairs der Mitte der 1950er-Jahre . Diese in der Mittelkonsole montierten Schalthebel ähneln den bodenmontierten Schalthebeln, da die meisten in modernen Fahrzeugen verwendeten Hebel horizontal angeordnet sind und ähnlich wie ein bodenmontierter Schalthebel am Getriebe befestigt werden können. Aufgrund der Lage des Gangschalthebels im Vergleich zu den Positionen des Lenkradschalthebels und des Bodenschalthebels sowie der Positionierung des Schalthebels im Verhältnis zu den übrigen Bedienelementen auf dem Armaturenbrett ist es jedoch oft erforderlich, dass der Gangschalthebel an einer Stelle montiert wird, die nicht viele für den Betrieb des Fahrzeugs unerlässliche oder häufig verwendete Bedienelemente wie beispielsweise die für die Stereoanlage oder die Klimaanlage aufweist , um eine versehentliche Aktivierung oder Verwirrung des Fahrers zu vermeiden.

Immer mehr Kleinwagen und Transporter von Herstellern wie Suzuki , Honda und Volkswagen sind mit Mittelkonsolen-Schalthebeln ausgestattet. Diese schaffen Platz im Fußraum für andere Ausstattungsmerkmale wie Ablagefächer, da der Schalthebel nicht an der Lenksäule montiert werden muss. Zudem ist die Bedienung von Mittelkonsolen-Schalthebeln aufgrund ihrer Position im Vergleich zu Lenksäulen-Schalthebeln einfacher.

In den 1950er, 1960er und 1970er Jahren wurde bei Fahrzeugen mit 3- oder 4-Gang-Getrieben teilweise ein kraftstoffsparendes Fahren mit niedriger Motordrehzahl durch eine separate Overdrive- Einheit im oder hinter dem hinteren Getriebegehäuse ermöglicht. Diese wurde entweder manuell im höchsten Gang durch Betätigen eines Schalters oder eines Knopfes am Schalthebel oder an der Lenksäule aktiviert oder automatisch durch kurzes Anheben des Fußes vom Gaspedal bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit. Automatische Overdrives wurden durch Durchtreten des Gaspedals deaktiviert. Eine Sperrfunktion ermöglichte es dem Fahrer, den Overdrive abzuschalten und das Getriebe wie ein normales Getriebe (ohne Overdrive) zu betreiben. ^{[ 20 ]}

Der Begriff „Overdrive“ wird auch verwendet, um einen Gang mit einem Übersetzungsverhältnis von weniger als eins zu beschreiben (z. B. wenn der höchste Gang des Getriebes ein Übersetzungsverhältnis von 0,8:1 hat).

Fahrzeuge mit Schaltgetriebe können oft angeschoben werden , wenn der Anlasser nicht funktioniert, beispielsweise wenn die Batterie leer ist oder der Anlasser selbst defekt ist und nicht genügend Rotationsenergie liefern kann, um den Motor zu starten.

Beim Anschieben wird die Rotation der auf der Straße rollenden Räder auf die Antriebswelle, das Getriebe und die Kurbelwelle übertragen. Dies simuliert die Funktion des Anlassers und funktioniert ähnlich wie die Kurbeln sehr alter Autos aus dem frühen 20. Jahrhundert, wobei die Kurbelbewegung durch das Anschieben des Fahrzeugs ersetzt wird.

In letzter Zeit verfügen viele Automatikgetriebe über mehr Gangstufen als ihre manuellen Pendants. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

In einigen Ländern berechtigt ein Führerschein, der für Fahrzeuge mit Automatikgetriebe ausgestellt wurde, nicht zum Führen von Fahrzeugen mit Schaltgetriebe; ein Führerschein für Schaltgetriebe hingegen gilt für beide Fahrzeugtypen. ^{[ 23 ]}

Das Anfahren am Berg mit einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe erfordert zusätzliches Drehmoment, um das Fahrzeug zu beschleunigen. Dabei besteht die Gefahr, dass das Fahrzeug in der Zeit, die der Fahrer benötigt, um den Fuß vom Bremspedal auf das Gaspedal zu bewegen (um die Motordrehzahl vor dem Einkuppeln zu erhöhen), zurückrollt. Eine gängige Methode zum Anfahren am Berg mit einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe ist die Verwendung der Feststellbremse (auch Handbremse, Notbremse oder E-Bremse genannt), um das Fahrzeug im Stand zu halten. Dadurch wird der rechte Fuß des Fahrers nicht zum Betätigen des Bremspedals benötigt und kann stattdessen das Gaspedal bedienen. Sobald die erforderliche Motordrehzahl erreicht ist, kann der Fahrer die Kupplung einkuppeln und gleichzeitig die Feststellbremse lösen.

Eine Vorrichtung namens Berganfahrhilfe wurde 1936 beim Studebaker eingeführt. Viele moderne Fahrzeuge verwenden eine elektronisch betätigte Feststellbremse, die oft eine Berganfahrhilfe beinhaltet, bei der die Feststellbremse automatisch gelöst wird, sobald die angetriebenen Räder vom Motor angetrieben werden. ^{[ 24 ]}

Bei vielen leichten Nutzfahrzeugen können geübte Fahrer die Kupplung gerade so weit schleifen lassen, dass das Fahrzeug während der zweiten Sekunde, in der der rechte Fuß vom Bremspedal zum Gaspedal bewegt wird, nicht stark zurückrollt; diese Methode löst das Problem des Bergauffahrens effektiv ohne Verwendung der Feststellbremse und mit vernachlässigbarer Reduzierung der Kupplungslebensdauer, erfordert jedoch ein gewisses Geschick.

Bei Fahrzeugen mit Handgashebel, wie z. B. landwirtschaftlichen Traktoren , kann ein Zurückrollen vermieden werden, indem die Motordrehzahl mit dem Handgashebel erhöht und anschließend Brems- und Kupplungspedal wie gewohnt gelöst werden.

• Beim Zwischengasgeben passt der Fahrer die Drehzahl mithilfe des Gaspedals an die Fahrgeschwindigkeit an, um ruckfreie Gangwechsel zu gewährleisten. Diese Technik wird häufig von Fahrern mit unsynchronisierten Getrieben oder von Fahrern von Rennfahrzeugen angewendet ^{[ 25 ].}
• Bei unsynchronisierten Getrieben ist Zwischengas erforderlich. So schalten Sie herunter: Treten Sie das Kupplungspedal und bringen Sie den Schalthebel in Neutralstellung. Lassen Sie das Kupplungspedal los, geben Sie kurz Gas, um die Drehzahl der Vorgelegewelle und damit des niedrigeren Gangs zu erhöhen. Treten Sie das Kupplungspedal erneut, bringen Sie den Schalthebel in den niedrigeren Gang und lassen Sie das Kupplungspedal los.
• Beim Heel-and-Toe-Schalten betätigt der Fahrer mit einem Fuß gleichzeitig Brems- und Gaspedal, um beim Bremsen die Drehzahl anzupassen.
• Das sogenannte Blockschalten oder Überspringen von Gängen ^{[ 26 ]} ist eine Technik, bei der mehrere Gänge heruntergeschaltet werden, um den Verschleiß des Getriebes zu reduzieren. Um einen sanften Schaltvorgang zu gewährleisten, kann eine Drehzahlanpassung erforderlich sein. In Kombination mit der Zwischengas-Technik beim Herunterschalten ermöglicht dies maximale Bremswirkung beim Wechsel vom höchsten Gang in einen deutlich niedrigeren Gang und eine optimale Motordrehzahl beim Herausbeschleunigen aus der Kurve.

Das synchronisierte Drehzahlanpassungssystem beim Herunterschalten ist eine computergesteuerte Technologie, die die manuelle Drehzahlanpassungstechnik nachahmt.

Manche Lkw verfügen über Getriebe, die wie gewöhnliche Pkw-Getriebe aussehen und sich auch so verhalten; sie werden mit einem einzigen Hebel bedient. Diese Getriebe werden in leichteren Lkw eingesetzt, haben typischerweise bis zu 6 Gänge und sind in der Regel synchronisiert .

Bei Lkw mit mehr Gängen kann das Standard-H-Schaltschema für manche Fahrer zu kompliziert sein. Daher werden zusätzliche Bedienelemente zur Gangwahl verwendet. Das H-Schaltschema bleibt erhalten, ein weiteres Bedienelement wählt dann den gewünschten Gang aus. Bei älteren Lkw ist dies oft ein separater Hebel am Boden oder, in neueren Fahrzeugen, ein pneumatischer Schalter am H-Hebel; bei neueren Lkw ist es häufig ein elektrischer Schalter am H-Hebel. Mehrganggetriebe sind für deutlich höhere Leistungen ausgelegt, verwenden aber selten eine Synchronisierung.

Für das Schaltschema gibt es mehrere gängige Alternativen. Die Standardtypen sind:

• Bereichsgetriebe verwenden ein H-förmiges Schaltschema in einem engen Gangbereich. Anschließend schaltet ein Bereichswähler zwischen dem hohen und dem niedrigen Gangbereich um. Beispielsweise verfügt ein 8-Gang-Bereichsgetriebe über ein H-förmiges Schaltschema mit vier Gängen. Im niedrigen Gangbereich werden die Gänge eins bis vier eingelegt. Um die Gänge fünf bis acht einzulegen, wird der Bereichswähler in den hohen Gangbereich bewegt und der Schalthebel erneut durch die Gänge eins bis vier geschaltet. Im hohen Gangbereich entspricht der erste Gang dem fünften, der zweite dem sechsten usw.
• Splittergetriebe verwenden ein "H"-Schaltschema mit einer großen Bandbreite an Gängen, wobei der andere Wählhebel jede sequentielle Gangposition in zwei Teile teilt: Der erste Gang befindet sich in der ersten Position/niedrigen Teilung, der zweite Gang in der ersten Position/hohen Teilung, der dritte Gang in der zweiten Position/niedrigen Teilung, der vierte Gang in der zweiten Position/hohen Teilung usw.
• Range-Splitter-Getriebe kombinieren Range-Splitter und Gang-Splitter. Dadurch sind noch mehr Übersetzungsverhältnisse möglich. Sowohl ein Range-Selector als auch ein Splitter-Selector sind vorhanden.

Obwohl es viele Gangpositionen gibt, folgt das Schalten in der Regel einem festen Schema. Beispielsweise könnte eine Hochschaltsequenz folgendermaßen aussehen: „Schalthebel auf Direktgang stellen; Schalthebel auf Overdrive stellen; Schalthebel auf Stufe 2 stellen und Untersetzungsgetriebe einlegen; Schalthebel auf Direktgang stellen; Schalthebel auf Overdrive stellen; Schalthebel auf Stufe 3 stellen und Untersetzungsgetriebe einlegen“ usw. Bei älteren Lkw mit bodenmontierten Schalthebeln besteht ein größeres Problem darin, dass die Fahrer bei herkömmlichen Gangwechseln die Hände in einem einzigen Schaltvorgang zwischen den Schalthebeln bewegen müssen. Ohne Synchronisierung müssen die Schaltvorgänge präzise getimt werden, da das Getriebe sonst nicht einrastet. Aus diesem Grund verfügen einige Splittergetriebe über einen zusätzlichen Untersetzungsbereich. Befindet sich der Splitter bereits im Untersetzungsbereich, kann er schnell wieder heruntergeschaltet werden, ohne die Verzögerung eines Doppelschaltvorgangs.

Moderne Lkw-Getriebe sind meist mit einem sogenannten „Range-Splitter“ ausgestattet. Das gängigste 13-Gang-Getriebe hat ein Standard-H-Schaltschema. Die Schaltfolge von der linken oberen Ecke ist wie folgt: R, runter zu L, dann hoch zu 1, runter zu 2, hoch zu 3 und runter zu 4. Der „Butterfly“-Schalthebel in der Mitte des Schaltknaufs wird im 4. Gang in den High-Range-Bereich (hoher Bereich) geschaltet und anschließend wieder zurück in den 1. Gang. Die Positionen 1 bis 4 des Schaltknaufs werden wiederholt. Zusätzlich kann jeder Gang im High-Range-Bereich mithilfe des Daumenhebels für den Overdrive links am Schaltknauf weitergeschaltet werden. Der Daumenhebel ist im Low-Range-Bereich (niedriger Bereich) nicht verfügbar, außer bei 18-Gang-Getrieben. Im Low-Range-Bereich können die Gänge 1 bis 4 mit dem Daumenhebel und der Low-Range mit dem „Butterfly“-Hebel geschaltet werden. Der Low-Range-Bereich kann weder beim 13- noch beim 18-Gang-Getriebe mit dem Daumenhebel geschaltet werden. Das 9-Gang-Getriebe funktioniert ähnlich wie ein 13-Gang-Getriebe, jedoch ohne den Daumenhebel für den Overdrive.

Lkw-Getriebe weisen vielfältige Bauformen auf. Beispielsweise kann der Ausgang eines N-Gang-Getriebes ein M-Gang-Sekundärgetriebe antreiben, was insgesamt N*M Gangkombinationen ergibt. Die Getriebe können in separaten Gehäusen mit einer dazwischenliegenden Welle untergebracht sein; in separaten, miteinander verschraubten Gehäusen; oder alle in einem Gehäuse mit demselben Schmieröl. Das zweite Getriebe wird oft nach einer bekannten Marke als „Brownie“ oder „Brownie Box“ bezeichnet. Mit einem dritten Getriebe wird die Anzahl der Gänge nochmals erhöht, wodurch ein größerer Übersetzungsbereich oder eine engere Gangabstufung erreicht wird. Einige Lkw verfügen daher über Dutzende von Gangpositionen, wobei die meisten jedoch redundant sind. Manchmal ist ein Sekundärgetriebe in das Differenzial der Hinterachse integriert, was als „Zweigang-Hinterachse“ bezeichnet wird. Zweigang-Differenziale sind immer Verteilergetriebe. Neuere Getriebe können zwei Vorgelegewellen besitzen, sodass jedes Hauptwellenzahnrad von der einen oder anderen Vorgelegewelle angetrieben werden kann. Dies ermöglicht die Konstruktion mit kurzen und robusten Vorgelegewellen und gleichzeitig die Unterbringung vieler Gangkombinationen in einem einzigen Getriebegehäuse.

Hochleistungsgetriebe sind meist unsynchronisiert . Die Synchronisierung kann zusätzliches Gewicht verursachen, das als Nutzlast genutzt werden könnte, und stellt eine weitere potenzielle Fehlerquelle dar. Da Fahrer Tausende von Stunden am Steuer verbringen, nehmen sie sich die Zeit, das effiziente Fahren mit einem unsynchronisierten Getriebe zu erlernen. Beim sogenannten „Schwimmgang “ (auch „Schwimmgang“ genannt) werden die Gänge gewechselt, ohne die Kupplung zu betätigen. Dies kommt üblicherweise bei unsynchronisierten Getrieben in großen Lkw zum Einsatz. Da die Kupplung nicht betätigt wird, kann es leicht zu falschen Gangübersetzungen kommen, wodurch der Fahrer schnell erhebliche (und kostspielige) Schäden an den Zahnrädern und dem Getriebe verursachen kann.

Schwere Lkw werden üblicherweise mit Dieselmotoren angetrieben . Dieselmotoren aus den 1970er Jahren und früher hatten tendenziell ein schmales Leistungsband und benötigten daher viele eng gestufte Gänge. Seit dem Maxidyne von 1968 werden Dieselmotoren zunehmend mit Turboladern und elektronischen Steuerungen ausgestattet, die das Leistungsband erweitern und somit immer weniger Gangstufen ermöglichen. Flottenbetreiber verwenden seit 2021 häufig 9-, 10-, 13- oder 18-Gang-Getriebe. Automatisierte Schaltgetriebe werden jedoch bei schweren Nutzfahrzeugen immer häufiger eingesetzt, da sie die Effizienz und das Fahrverhalten verbessern, den Einstieg für neue Fahrer erleichtern und die Sicherheit erhöhen können, indem sie dem Fahrer ermöglichen, sich auf die Straßenverhältnisse zu konzentrieren.

Schaltgetriebe werden mit Getriebeöl (oder bei manchen Fahrzeugen mit Motoröl ) geschmiert, das bei einigen Fahrzeugen regelmäßig gewechselt werden muss, wenn auch nicht so häufig wie das Öl in einem Automatikgetriebe. Getriebeöl hat einen charakteristischen Geruch, da es schwefelhaltige Verschleißschutzmittel enthält. Diese Mittel reduzieren die hohe Gleitreibung durch die schrägverzahnte Verzahnung (diese Verzahnung verhindert das charakteristische Heulen geradverzahnter Stirnräder ). Bei Motorrädern mit Nasskupplung (die Kupplung ist im Motorölbad) ist der untere Teil des Motors üblicherweise nicht vom Getriebe getrennt, sodass Motor und Getriebe mit demselben Öl geschmiert werden .

• Da Schaltwagen immer seltener werden, sehen Sammler eine Chance. 24. Juni 2021, New York Times-Artikel von Rob Sass