Was geschieht, wenn man beim Motorrad schaltet? So funktioniert ein Schaltgetriebe

Haben Sie eine Vorstellung davon, was Ihr linker Fuß beim Motorradfahren macht? Die Gänge schalten, na klar. Aber was passiert genau, wenn der Fuß den Schalthebel bewegt? 2Räder taucht tief ein in die spannende und nicht immer einfache Welt des Schaltgetriebes.

Foto: Archiv

Zäumen wir das Pferd von hinten auf:  Gäbe es zwischen Kurbelwelle und Hinterrad keine Übersetzung, würden sich beide gleich schnell drehen. Die Kurbelwelle rotiert, ganz grob gesprochen, pro Minute zwischen 1000- und 10 000-mal. Das Hinterrad hat einen Umfang von ungefähr 2 Metern, also könnte das Motorrad pro Minute theoretisch zwischen 2000 und 20 000 Meter zurücklegen, d. h. 120 bis 1200 km/h schnell fahren. Ziemlich unpraktisch.

Zum Glück gibt es im Motorrad gleich mehrere Übersetzungen: Die sogenannte Primärübersetzung von der Kurbelwelle auf die Kupplung, die Getriebeübersetzung in üblicherweise fünf oder sechs Gängen und die Sekundär- oder Endübersetzung, häufig per Kette vom Ritzel auf der Getriebeausgangswelle auf das Kettenrad am Hinterrad. Wie das Schaltgetriebe funktioniert, ist zwar das Hauptthema dieser Geschichte, aber weil sich das ohne eine Handvoll Grundlagen und Fachbegriffe nicht vernünftig erklären lässt, lassen Sie uns etwas weiter ausholen. Die Tour beginnt auf einem Kinderspielplatz, und zwar an der Wippe.

Damit zwei unterschiedlich schwere Personen wippen können,  muss die leichtere weiter von der Drehachse der Wippe weg sitzen als die schwerere. Kinder finden so etwas von selbst he-raus, Erwachsene rechnen: Das Produkt aus Körpergewicht und Abstand zur Drehachse („Kraft mal Hebelarm”) beschreibt das Drehmoment, welches eine Person auf der Wippe erzeugt. Sind die Drehmomente auf beiden Seiten eines zweiseitigen Hebels - und nichts anderes ist eine Wippe - gleich groß, herrscht Gleichgewicht.

Nächster Schritt: Greifen zwei unterschiedlich große Zahnräder in-einander, müssen sie sich - gemessen in Umdrehungen pro Minute - unterschiedlich schnell drehen, um am Umfang in derselben Zeit dieselbe Strecke abzuwickeln. Ist der Radius und damit auch der Umfang des einen Rades doppelt so groß wie der des anderen, muss sich das kleinere Rad doppelt so schnell drehen wie das größere.

Zusätzlich spielt hier das von der Wippe bekannte Hebelgesetz hinein: Die Kraft, die vom einen Zahnrad auf das andere übertragen wird, ist konstant. Da die Zahnräder jedoch unterschiedlich groß sind, wirken verschieden große Drehmomente.

Unterschiedlich große Räder eignen sich also, um Drehmomente und Drehzahlen zu variieren. Dabei ist unwichtig, ob sie über eine Kette, einen Riemen oder direkt über Zähne verbunden sind; dies spielt lediglich für die Drehrichtung eine Rolle.

Jetzt endlich kommt das Schaltgetriebe ins Spiel: Darin arbeiten so viele Zahnradpaare, wie das zugehörige Motorrad Gangstufen hat; beispielsweise sechs. Der Fahrer hat also sechs Möglichkeiten, die Drehzahl und das Drehmoment von der Kurbelwelle ans Hinterrad
zu übertragen. Die Geschwindigkeit von Welle und Rad sind in jedem Gang direkt proportional zueinander, das bedeutet: Verdoppelt die Kurbelwelle ihre Drehzahl, verdoppelt sich auch die des Hinterrades.

Was genau passiert jetzt im Schaltgetriebe?
In allen Fällen wandert das Drehmoment  von rechts oben, wo die Kupplung sitzt, zunächst auf die Eingangswelle. Das für den jeweiligen Gang zuständige Zahnradpaar überträgt das
Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle. Dabei verändert sich die Drehzahl um das Verhältnis der Zahnzahl der beiden beteiligten Zahnräder: Angenommen, das Eingangszahnrad hat 12 Zähne, das Ausgangszahnrad 32, und die Eingangswelle dreht sich pro Minute 3000-mal, dann rotiert die Ausgangswelle 12 / 32 ∙ 3000 = 1125-mal pro Minute. Auf der Getriebeausgangswelle links unten rotiert mit gleicher Geschwindigkeit das Ritzel, welches über eine Kette das Hinterrad antreibt.

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Foto: fact

Und woher weiß das Getriebe, welches Zahnradpaar gerade zuständig ist?  Jedes Paar ist dauerhaft im Eingriff, d. h. die Zähne greifen immer ineinander. Aber nur zwei Zahnräder, die Festräder sind fest mit ihrer Welle verbunden. Die sogenannten Losräder sind drehbar auf der Welle gelagert, aber in Längsrichtung („axial”) fixiert. Bei den Schieberädern verhält es sich umgekehrt: Sie sind axial verschiebbar, aber in Drehrichtung („radial”) mit der Welle verbunden. Das Verschieben erledigt für jedes Schieberad eine Schaltgabel. Über seitliche Klauen kann sich ein Losrad mit einem daneben liegenden Schieberad koppeln und ist so indirekt auch mit seiner Welle verbunden. Damit die Zahnräder das Drehmoment von der Eingangs- zur Ausgangswelle übertragen können, muss also auf jeder Welle mindestens ein Schiebe- oder Festrad mitspielen.

Die Schaltgabel wiederum erhält das Kommando, in welche Richtung sie ihr zugeordnetes Schieberad bewegen soll, von der Schaltwalze, welche der Schalthebel (also letztlich der linke Fuß des Fahrers) über einen Klinkenmechanismus stufenweise verdreht.

Preisfrage zum Abschluss: Wie viele Positionen kann die Schaltwalze eines Sechsganggetriebes einnehmen? Richtig: sieben; für jeden Gang eine, außerdem eine für den Leerlauf.

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Foto: Archiv

Erster Gang

Rechts oben auf der Eingangswelle (E) sitzt die (fürs Foto demontierte) Kupplung. Sie wird vom Motor angetrieben und treibt ihrerseits die Eingangwelle an. Das Drehmoment (weißer Pfeil) fließt von der Eingangswelle über das Festrad des 1. Ganges (E1) zum damit verzahnten Losrad (A1) auf der Ausgangswelle (A). Da dieses auf der Welle leer durchdreht („Losrad“), kann es nur indirekt über die Klauen des angrenzenden Schieberades des 4. Ganges (A4) das Drehmoment auf die Ausgangswelle, auf der das Ritzel (R) sitzt, übertragen. Die Klauen von Losrad A1 und Schieberad A4 sind im Eingriff. In der Nut jedes Schieberads erkennt man die Zinken seiner Schaltgabel.

Foto: Archiv

Dritter Gang

Das treibende Rad des 3. Ganges (Schieberad E3) überträgt das Drehmoment von der Eingangswelle (E) auf das getriebene Losrad A3. Dieses hat keine kraftüber-tragende Verbindung zur Ausgangswelle (E), greift also mit seinen seitlichen Klauen in das Schieberad des 4. Ganges (A4) ein, das wiederum die Antriebskraft über seine innere Verzahnung auf die Ausgangswelle überträgt.

Im Vergleich zum Foto „Erster Gang” hat die Schaltgabel das Schieberad des 4. Ganges (A4) in eine neue Position nach links verschoben. Es greift jetzt nicht mit seinen rechten Klauen in A1 ein (1. Gang), sondern mit seinen linken in A3.

Foto: Archiv

Fünfter Gang

Die Eingangswelle (E) leitet wie gehabt das Drehmoment ins Getriebe ein. Das Eingangsrad des 5. Ganges (E5) ist jedoch ein Losrad. Damit das Drehmoment bei E5 ankommt, greift das benachbarte Schieberad des 2. Ganges (E2), das über seine Innen-verzahnung mit der Eingangswelle verbunden ist, mit seinen Klauen in die Taschen von E5. Auf der Ausgangswelle (A) fließt die Kraft direkt: Das getriebene Rad des 5. Ganges (A5) ist ein Festrad, sitzt starr auf der Ausgangswelle. Im Vergleich zum Foto "Dritter Gang" hat eine Schaltgabel das Schieberad E2 nach links bewegt, eine andere Schaltgabel das Schieberad A4 nach rechts.

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