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Antriebsstrang im Auto – Kupplung, Schaltgetriebe, Achsantrieb und Zugkraft

TechnikMaschinenbauAlter 16–17

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Die Leistung fließt vom Motor über Kupplung, Schaltgetriebe und Gelenkwelle zum Achsantrieb und zu den Rädern: Jede Stufe dreht mit einer anderen Drehzahl, die durch ihr Übersetzungsverhältnis bestimmt ist. Klicken Sie auf „Hochschalten“ / „Runterschalten“ und ziehen Sie an den Reglern für Gaspedal und Steigung, um zu sehen, wie sich Zugkraft F_k = M_e·i_h·i_0·η/r_b, Fahrwiderstand und Beschleunigung ändern; das Zugkraft-Geschwindigkeits-Diagramm aller 5 Gänge zeigt, warum ein niedriger Gang kräftig, aber langsam ist und ein hoher Gang schnell, aber schwach.

Lektion: Grundaufbau des Kraftfahrzeugs und seines Antriebsstrangs: Kupplung, Schaltgetriebe, Gelenkwelle, Achsantrieb und Differenzial

Was sie zeigt

Der Antriebsstrang eines Autos leitet das Motordrehmoment über Kupplung, Schaltgetriebe, Gelenkwelle und Achsantrieb zu den Rädern. Jeder Gang vervielfacht das Drehmoment mit seiner Übersetzung und erzeugt an den Rädern die Zugkraft F_k = M_e·i_h·i_0·η/r_b, während sich die Räder um denselben Faktor langsamer drehen. Das Auto beschleunigt nur, wenn F_k den Gesamtwiderstand übersteigt: Rollwiderstand, Hangabtriebskraft und Luftwiderstand, der mit dem Quadrat der Geschwindigkeit wächst. Bei Getriebeübersetzungen von 3,5 bis 0,8 ziehen niedrige Gänge kräftig bei geringer Geschwindigkeit, hohe Gänge bringen Tempo mit wenig Zugkraft.

So funktioniert es

Stellen Sie den Anfangsgang auf 1 und lassen Sie das Auto mit Gas bei etwa 70 % anfahren. Klicken Sie mit steigender Geschwindigkeit auf Hochschalten + und verfolgen Sie den grünen Punkt im Zugkraftdiagramm. Erhöhen Sie dann die Steigung auf 15–20 %, vergrößern Sie die Gesamtmasse des Fahrzeugs und schalten Sie erneut hoch: Notieren Sie, ab welchem Gang das Auto langsamer wird. Klicken Sie während der Fahrt auf Kupplung treten, um zu sehen, dass kein Drehmoment die Räder erreicht.

Einstellbare Parameter

  • Anfangsgang 1. Gang (i = 3,5), 2. Gang (i = 2,0), 3. Gang (i = 1,4), 4. Gang (i = 1,0), 5. Gang (i = 0,8)
  • Gaspedalstellung 0–100 %
  • Steigung 0–20 %
  • Gesamtmasse des Fahrzeugs 900–3000 kg

Fragen zum Erkunden

  1. Welche Gänge liefern bei 15 % Steigung und 2000 kg Fahrzeugmasse noch eine Zugkraft, die größer als der Gesamtwiderstand ist?
  2. Was geschieht mit Zugkraft und Beschleunigung, wenn Sie während der Fahrt die Kupplung treten?
  3. Warum deckt jeder Gang im Zugkraftdiagramm einen anderen Geschwindigkeitsbereich ab?

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