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– Systemvergleich –

Automatikgetriebe vs. Schaltgetriebe

Der Marktanteil an Autos mit Automatikgetrieben hat in den letzten Jahren in Deutschland stetig zugenommen. Die Gründe dafür sind zahlreich. Die Getriebe werden immer besser und leistungsfähiger, der Anspruch an Komfort steigt weiterhin und elektrifizierte Fahrzeuge und solche mit Assistenten zum autonomen Fahren gibt es immer häufiger. Automatikgetriebe haben viele Vorteile gegenüber Schaltgetrieben, jedoch gibt es auch Nachteile. 

Die alten Vorurteile über hohen Verbrauch und schlechte Fahrleistungen stimmen heute nur noch zum Teil. Moderne Wandlerautomatikgetriebe und Doppelkupplungsgetriebe stehen hierbei einem Schaltgetriebe in nichts mehr nach, vieles können sie sogar besser.

In Zukunft wird der Marktanteil weiter steigen, wenn immer mehr elektrifizierte Autos unterwegs sind und das autonome Fahren immer mehr auch in niedrige Fahrzeugklassen Einzug hält.

Neben dem klassischen in Europa immer noch sehr weit verbreiteten Schaltgetriebe gibt es verschiedene technische Möglichkeiten ein Automatikgetriebe aufzubauen. Die sehr unterschiedlichen Konstruktionen bieten verschiedene Vor- und Nachteile.

  • Schaltgetriebe
    Manuelle Schaltgetriebe sind in Europa und speziell in Deutschland sehr weit verbreitet. Meist bestehen diese Getriebe aus zwei Getriebewellen mit mehreren Zahnradpaaren, welche seitlich verschiebbar auf der Welle gelagert sind. Über Schaltklauen werden für jeden Gang zwei passende Zahnräder in Kraftschluss gebracht. Bis in die 80er Jahre waren 4-Gang-Getriebe sehr weit verbreitet. Mittlerweile haben schwach motorisierte Fahrzeuge meist 5-Gang-Getriebe. Ab mittlerer Leistung werden üblicherweise 6-Gang-Getriebe verwendet. Einzelne Fahrzeuge (z.B. Porsche 911) haben sogar 7 Gänge. Dabei ist der siebte Gang als reiner Overdrive für lange Strecken mit niedriger Drehzahl ausgelegt. Die Schaltung der Gänge erfolgt über einen in der Mittelkonsole montierten Schalthebel, welcher über Gestänge oder Seilzüge die Schaltklauen im Getriebe bewegt.
    Als Kupplung wird meist eine Einscheiben-Trockenkupplung verwendet, welche über ein Fußpedal angesteuert wird. Der früher hierzu verwendete Seilzug wird heute in der Regel durch eine hydraulische Ansteuerung ersetzt.
    Die Vorteile des manuellen Schaltgetriebes liegen im hohen Wirkungsgrad (gute Fahrleistungen, niedriger Verbrauch), kompakten Abmessungen und günstigen Herstellungskosten. Nachteile sind unkomfortable Bedienung (manuelles Schalten und Kuppeln), eine fahrerabhängige und damit möglicherweise unwirtschaftliche Schaltstrategie und die Zugkraftunterbrechung beim Schaltvorgang.

  • Wandlerautomatikgetriebe:
    Die Wandlerautomatik ist die ursprünglichste und am meisten verbreitete Form des Automatikgetriebes. Aufgebaut ist diese aus mehreren Planeten-Radsätzen, die über Lamellenkupplungen und Bremsen unterschiedlich verschaltet werden können (siehe Abbildung: Mercedes 9G-TRONIC). Durch diese unterschiedlichen Verschaltungen entstehen verschiedene Übersetzungsstufen. Bis zur Jahrtausendwende waren 3-, 4- und 5-Stufenautomatikgetriebe weit verbreitet. Aktuell haben schwächer motorisierte und kostengünstige Modelle meist 6 Fahrstufen. Höherpreisige und stärker motorisierte Fahrzeuge haben meist 7 bis 9 Fahrstufen. Einzelne Modelle mit 10 Fahrstufen sind ebenfalls bereits erhältlich. Dennoch gibt es weiterhin einzelne Modelle mit lediglich 4 oder 5 Fahrstufen.
    Als Anfahrkupplung dient ein hydraulischer Drehmomentwandler (Wandlerkupplung). Dieses Bauteil stellt die Verbindung zwischen Motor und Getriebe her und gleicht den Drehzahlunterschied der beiden Komponenten aus. Bei modernen Getrieben wird der Drehmomentwandler nur noch zum Anfahren verwendet. Durch eine Wandlerüberbrückungskupplung wird dieser bereits bei niedrigen Geschwindigkeiten überbrückt, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. Als Besonderheit kann bei sportlichen Anwendungen (z.B. Mercedes-AMG Speedshift) der Drehmomentwandler durch eine im Ölbad laufende Anfahrkupplung ersetzt werden.
    Die Vorteile dieser Getriebe sind der hohe Fahrkomfort, die sehr verschleißarme Technik und das hohe Drehmoment beim Anfahren. Das sind vor allem bei schweren Fahrzeugen, beim Anfahren am Berg und bei Anhängerbetrieb große Vorteile. Durch eine hohe Anzahl an Fahrstufen lässt sich eine sehr weite Spreizung der Getriebe realisieren, wodurch das Drehzahlniveau des Motors speziell bei höheren Geschwindigkeiten sehr niedrig ausfällt und Kraftstoff eingespart werden kann.
    Dagegen sind diese Getriebe meist schwerer, größer und teurer als entsprechende Schaltgetriebe.

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    Mercedes 9G-TRONIC; Quelle: Mercedes

  • Automatisiertes Schaltgetriebe:
    Automatisierte Schaltgetriebe sind im Aufbau den manuellen Schaltgetrieben sehr ähnlich (siehe Abbildung: Opel Easytronic). Die Schaltvorgänge werden allerdings nicht manuell durchgeführt, sondern über eine elektrische oder hydraulische Ansteuerung. Auch die Betätigung der Kupplung wird elektrisch oder hydraulisch angesteuert. Diese Art des Getriebes gibt es hautsächlich im Kleinwagenbereich, im Nutzfahrzeugbereich oder auch bei Sportwagen. In den meisten Fahrzeugen gibt es sowohl die Möglichkeit die Gangwahl manuell am Wählhebel oder per Schaltwippen am Lenkrad vorzunehmen, als auch in einem Automatikmodus zu fahren. 
    Der größte Vorteil dieser Bauart sind die geringeren Kosten gegenüber einer Wandlerautomatik. Außerdem haben diese Getriebe wie die manuellen Schaltgetriebe geringe Abmessungen und einen hohen Wirkungsgrad. Durch eine geeignete Schaltstrategie im Automatikmodus sind zudem Verbrauchsvorteile gegenüber dem manuellen Schaltgetriebe zu erzielen.
    Der Schaltkomfort ist durch teils lange Schaltpausen und die spürbare Zugkraftunterbrechung eher mäßig.
    In den letzten Jahren nahm die Zahl der Angebote ab. Oft werden diese Getriebe mittlerweile durch viel schneller und komfortabler schaltende Doppelkupplungsgetriebe ersetzt.

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    Opel Easytronic; Quelle: Opel

  • Doppelkupplungsgetriebe:
    Doppelkupplungsgetriebe sind im Prinzip den automatisierten Schaltgetrieben unterzuordnen. Der technische Grundaufbau ist jedoch sehr unterschiedlich zum normalen automatisierten Schaltgetriebe. Grundsätzlich besteht das Getriebe aus zwei verschiedenen Teilgetrieben, welche jeweils eine Hauptwelle haben und eine eigne Kupplung (siehe Abbildung: VW 6-Gang-DSG). Dabei befinden sich in einem Teilgetriebe 1 die ungeraden Gänge (1, 3, 5), im anderen Teilgetriebe 2 die geraden Gänge (2, 4, 6). Fährt das Fahrzeug im ersten Gang, ist die Kupplung des Teilgetriebes 1 geschlossen. Im Teilgetriebe 2 ist bereits der zweite Gang eingelegt, dessen Kupplung jedoch noch geöffnet. Wird von der Getriebesteuerung der Schaltvorgang ausgelöst, so öffnet Kupplung 1 und Kupplung 2 schließt gleichzeitig. Somit wird ohne Zugkraftunterbrechung in den nächst höheren Gang geschaltet. Das Resultat sind ruckfreie Schaltvorgänge und sehr gute Beschleunigungswerte.
    Als Kupplung werden meist im Ölbad laufende Lamellenkupplungen verwendet. Bei Getrieben für geringe Eingangsdrehmomente (bis etwa 250 Nm) werden auch Trockenkupplungen verwendet. Diese haben einen Vorteil bei der Effizienz, sind aber nicht so belastbar.
    Doppelkupplungsgetriebe kommen seit der Jahrtausendwende immer öfter zum Einsatz. Anwendungen finden sich in beinahe allen Fahrzeugklassen. Sowohl in Kleinstwagen (z.B. Smart), in Kompaktwagen und Mittelklassewagen (z.B. sämtliche Fahrzeuge im VW-Konzern auf MQB-Basis) als auch in Sportwagen (z.B. Porsche, Ferrari) werden diese Getriebe verwendet. Zur weiten Verbreitung hat VW mit dem DSG (Direktschaltgetriebe) bereits ab 2003 enorm beigetragen. Die meisten auf dem Markt befindlichen Doppelkupplungsgetriebe haben derzeit 6 oder 7 Gänge. Es gibt jedoch auch Anwendungen mit mehr Gängen.
    Die Vorteile der Doppelkupplungsgetriebe liegen im hohen Komfort, dem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad, der nicht auftretenden Zugkraftunterbrechung und den enorm schnellen Schaltvorgängen. Weiterhin sind sie für hoch drehende Motoren besser geeignet als konventionelle Wandlerautomatikgetriebe mit Planetenradsätzen.
    Nachteile gegenüber dem manuellen Schaltgetriebe sind der höhere Platzbedarf und das höhere Gewicht. Gegenüber Wandlerautomatikgetrieben ist der Anfahrkomfort meist schlechter und die Lebensdauer (speziell Trockenkupplungen) geringer.

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    VW 6-Gang-DSG; Quelle: VW

  • CVT-Getriebe:
    Das stufenlose CVT-Getriebe (Continiously Variable Transmission) ist prinzipiell ähnlich aufgebaut wie die Variomatik eines Motorrollers. In einem im Durchmesser variablen Kegelscheiben-Paar läuft ein Schubgliederband oder eine Laschenkette zur Kraftübertragung (siehe Abbildung: CVT-Getriebe). Durch das variable Kegelscheiben-Paar kann das Übersetzungsverhältnis voll variabel eingestellt werden. Der Betriebspunkt des Motors kann so auf die jeweils ideale Drehzahl eingestellt werden.
    Die Verbreitung am Markt hat in den letzten Jahren nicht mehr zugenommen. Die Technik wird in Pkw aller Klassen, in der Zwischenzeit jedoch nur noch von wenigen, meist asiatischen Herstellern verwendet. Lediglich bei Audi fand das Getriebe in den letzten zehn bis 15 Jahren in Europa recht große Verbreitung, in der Zwischenzeit ist es aber auch dort aus dem Programm entfallen.
    Eine Besonderheit unter den CVT-Getrieben ist das insbesondere bei Hybrid-Fahrzeugen von Toyota/Lexus eingesetzte Planetengetriebe. Hier wird statt Kegelrädern und Laschenkette ein Planetenradsatz verwendet. Auch diese Technik erlaubt in Verbindung mit einem Elektro- und einem Verbrennungsmotor eine frei wählbare Drehzahl für die beiden Motoren und eine ruckfreie Beschleunigung ohne Zugkraftunterbrechung.
    Die größten Vorteile der stufenlosen Getriebe sind die ruckfreie Beschleunigung ohne Zugkraftunterbrechung und ohne Schaltvorgänge. Außerdem kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors immer auf die momentan optimale Drehzahl eingestellt werden, je nachdem, ob sportlich oder verbrauchsgünstig gefahren werden will.
    Nachteilig ist der oft monotone Motorenklang durch hohe Drehzahlen bei starker Beschleunigung (Gummibandeffekt). Die Vorteile durch den Betrieb des Motors im optimalen Wirkungsgradbereich werden durch hohe Hydraulikverluste (sehr hohe Drücke erforderlich) wieder verspielt. Außerdem können diese Getriebe keine sehr hohen Drehmomente übertragen. Zudem haben sich konventionelle CVT-Getriebe nicht als besonders standfest erwiesen.

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    CVT-Getriebe

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