Automatik und manuelle Schaltung sind Dauerbrenner in Diskussionen rund um das Automobil. Ihrer Funktion nach sind sie simple Steuerelemente zur Umsetzung von Drehzahlen in Kraft, dennoch entzünden sich am Schalthebel rhetorische Wettstreite zwischen Fahrertypen.
Legt der Fahrer der Familien-Limousine Wert auf Laufruhe und einfache Bedienung ohne viel «Knüppeln» oder «Rühren» im Getriebe, rühmt der sportliche Fahrer das passgenaue manuelle Schalten und schätzt den Hauch von Nürburgring beim Überholen auf der Autobahn.
Um jene teilweise mit religiös anmutendem Eifer geführte Diskussion im rechten Licht betrachten zu können, empfiehlt es sich, sich die Basics zu Schaltung und Getriebe in Gedächtnis zu rufen.
Oder – in Anlehnung an das Bonmot zu Einsteins Tätigkeit im Berner Patentamt – zu sehen «wo Gott» – respektive die Physik – dabei «hockt».
Von Kräften, Drehmomenten und Newton
Jeder Kfz-Motor, ganz gleich wie gross, hochgerüstet und digital gesteuert er ist, dreht am Rad. Genauer «dreht» er eine Antriebswelle, die durch ein System zur Übertragung der Drehung und damit der Kraft auf die Antriebsachse wirkt.
Aus dem Schulunterricht erinnern wir noch, dass Kraft F nach Newton der Änderung eines Impulses eines Massenpunktes entspricht:
F = dp/dt.
Der Fettdruck deutet dabei an, dass es sich um vektorielle Grössen handelt, hier also um Grössen, die sowohl einen Betrag als auch eine Richtung haben.
Wenn keine Kraft angreift, bleibt der Impuls erhalten – nochmal Newton.
Kommt ein Drehpunkt hinzu – bei der Erde die Sonne, beim Kfz die Mitte der Achse oder der Radkonstruktion – wird der Impuls permanent «verbogen», er behält nur noch seinen Betrag, aber nicht mehr seine Richtung.
Das Getriebe als Umsetzer von Drehzahlen
Der Motor dreht an der Antriebswelle, er kann nichts anderes. Wie schnell er an der Welle dreht, wird durch seine Drehzahl und somit von dir durch das Gaspedal festgelegt.
Wie schnell bei gegebener Motordrehzahl die Räder drehen, wird durch die Umsetzung dieser Drehzahl im Getriebe bestimmt. Dazu dienen Zahnräder und Zahnritzeln verschiedener Grösse und damit Zahnzahl.
In den Gleichungen zu Drehimpuls und Drehmoment taucht der Vektor r auf. Dessen Länge ist der Abstand zwischen der Drehachse und einem Massepunkt auf der (Zahn-)Radperipherie.
Das gleiche Drehmoment kann also als kleine Kraft über ein grosses Rad übertragen werden oder als grosse Kraft über ein kleines Rad.
Dieses Prinzip entspricht der eines Hebels – je länger der Hebel, umso kleiner die Kraft, die zum Heben notwendig ist.
Die Schaltung als Steuerung des Getriebes
Eine manuelle Gangschaltung ist technisch komplex, im Prinzip aber sehr einfach. Durch den Schalthebel kannst du bei getretener Kupplung ein Zahnrad mit anderer Übersetzung einrasten und so die Kraftübertragung auf Antriebsachse und Antriebsräder verändern.
Ein Automatikgetriebe ist einfacher zu handhaben, aber komplizierter im Aufbau. Das Schalten erfolgt abhängig von der Kraft, die jeweils nötig ist, um Roll-, Windwiderstand, Beschleunigungen und Steigungen auszugleichen.
Die Geschwindigkeitsteuerung erfolgt fahrerseitig nur noch mit dem Gaspedal, die passende Umsetzung der Motordrehzahl bleibt der Automatik überlassen.
Fazit zu Automatik und manuelle Schaltung
Es ist eindeutig, dass eine Automatik in der Wahl der Übersetzung deine Möglichkeiten als Fahrer begrenzt. Zu jeder Motordrehzahl gibt es pro Fahrsituation genau eine vom Automatikgetriebe vorgegebene Übersetzung, während du beim manuellen Schalten eine Wahlmöglichkeit hast.
Letztlich sind beide Schaltarten aber Steuerungen für ein Getriebe, das seinerseits auf elementarer Physik beruht.
Und mit der Physik lässt sich immer noch nicht verhandeln, daran hat sich seit Einsteins Zeiten im Berner Patentamt nichts geändert.