Automatisierte Schaltgetriebe in schweren Lkw

Wer heute in Europa eine Sattelzugmaschine bestellt, dem ist die Getriebeentscheidung weitgehend schon abgenommen. Volvo verbaut I-Shift serienmäßig in FH, FM und FMX. Der Actros L kommt mit Mercedes PowerShift Advanced, der TGX mit TipMatic, der DAF XG+ mit ZF TraXon, die Scania S-series mit Opticruise. Das manuelle Schaltgetriebe wurde nicht verboten; es wurde im Wettbewerb verdrängt. Was an seine Stelle getreten ist, verdient es, richtig benannt zu werden, denn „automatisch” beschreibt eine andere Maschine mit anderer Wirtschaftlichkeit.

Was ein automatisiertes Schaltgetriebe wirklich ist

Ein AMT ist ein manuelles Schaltgetriebe, aus dem der Fahrer aus dem Regelkreis herausgenommen wurde. Radsätze, Wellen und Klauenkupplungen sind dieselben wie bei einem manuellen Getriebe. Es gibt keinen Drehmomentwandler, kein Planetenradgetriebe, keinen hydraulischen Kraftpfad. Hinzu kommt die Aktuierung – pneumatische oder elektrische Aktuatoren an den Schaltgabeln und an der Kupplung – sowie ein Steuergerät, das entscheidet, wann geschaltet wird.

Der Schaltvorgang selbst ist eher eine koordinierte Sequenz als ein rein mechanisches Ereignis: Das Steuergerät nimmt das Motordrehmoment zurück, der Aktuator legt den aktuellen Gang aus, eine Bremse auf der Getriebeeingangsseite bringt die Welle auf die Synchrondrehzahl der nächsten Übersetzung, und der Gang wird eingelegt. Die Hauptkupplung wird zum Anfahren aus dem Stand und zum Rangieren genutzt; während der Fahrt laufen die meisten Schaltvorgänge ab, ohne dass sie betätigt wird.

Diese Architektur ist der Grund, warum sich das AMT im Fernverkehr gegen den Wandlerautomaten durchgesetzt hat und nicht umgekehrt. ZF gibt für TraXon, sein 12-Gang-Schwerlast-AMT, einen Wirkungsgrad von 99,7 Prozent an, zusammen mit einer Drehmomentdichte von 12,83 Nm pro Kilogramm; das Unternehmen überschritt 2023 die Marke von einer Million gebauter Einheiten. Ein Drehmomentwandler kann einem direkten mechanischen Kraftpfad nicht das Wasser reichen, und bei einem Lkw, der sein Arbeitsleben im höchsten Gang verbringt, ist der Wirkungsgrad im höchsten Gang das ganze Argument. Wandlerautomaten behaupten sich dort, wo Anfahrverhalten und Kontrolle im unteren Geschwindigkeitsbereich mehr zählen als der Verbrauch: Müllabfuhr, Feuerwehrfahrzeuge, Flughafen-Bodengeräte.

Warum das manuelle Getriebe verloren hat – und es war nicht der Komfort

Drei Argumente, grob in der Reihenfolge, wie viel Geld jedes davon bewegt.

Das erste ist Konsistenz. Ein manuelles Getriebe liefert genau den Kraftstoffverbrauch, zu dem der jeweilige Fahrer an diesem Tag fähig ist, und die Spanne zwischen dem besten und dem schlechtesten Fahrer einer Flotte ist größer als die Spezifikationslücke zwischen zwei beliebigen Lkw dieser Klasse. Ein AMT schaltet an einem verregneten Montag genauso wie an einem guten Tag.

Das zweite ist der Schutz des Antriebsstrangs. Das Steuergerät wählt keine Übersetzung, die den Motor überdreht oder den Antriebsstrang stoßartig belastet, und es lässt die Kupplung nicht schleifen, um einen Lkw am Hang zu halten. Bei einer schweren Kombination hat die Art des Anfahrens am Gefälle mehr Einfluss auf die Lebensdauer des Antriebsstrangs als die Gesamtlaufleistung.

Das dritte ist die Arbeitskraft. Ein Lkw, der kein Können beim Schalten erfordert, vergrößert den Kreis der Menschen, die ihn rechtlich und kompetent fahren können, und verkürzt die Zeit, bis ein neuer Fahrer produktiv ist. Dort, wo der Fahrermangel das Flottenwachstum begrenzt – und das ist in weiten Teilen Europas der Fall –, ist das kein Komfortmerkmal.

Die Gangzahl, und warum zwölf

Zwölf Vorwärtsgänge sind der europäische Standard: eine kleine Anzahl Übersetzungen im Hauptgetriebe, multipliziert mit einem Splitter und einer Bereichsgruppe. Zwölf eng gestufte Schritte halten einen modernen Diesel mit schmalem wirtschaftlichem Drehzahlband auf welligem Gelände in diesem Band, statt ihn zwischen weit gestuften Übersetzungen zu überlasten oder überdrehen zu lassen.

Oberhalb von zwölf kauft man meist Anfahrfähigkeit statt Wirtschaftlichkeit. Scanias Schwerlast-Opticruise-Getriebe – G25, G33 und G38 – bieten eine 14-Gang-Übersetzungsspreizung einschließlich eines niedrigeren Super-Crawler-Gangs und bis zu acht zusätzlichen Rückwärtsgängen, decken Motoren bis 770 hp ab und wiegen nur rund fünf Kilogramm mehr als die Standardversion. Volvos Crawler-Gang-I-Shift erfüllt dieselbe Aufgabe auf anderem Weg. Diese zusätzlichen Übersetzungen dienen dazu, eine sehr schwere Kombination am Hang in Bewegung zu bringen und sie kontrolliert vor Ort zu rangieren – nicht dazu, auf der Autobahn Kraftstoff zu sparen. Wer mit 40 Tonnen auf Fernstraßen unterwegs ist, schleppt sie als Gewicht mit, ohne sie je zu nutzen. Bei der Scania S-series, wo die Kombinationsgewichte je nach Hinterachsgruppe ab 78 Tonnen aufwärts reichen, rechtfertigen sie ihren Platz.

Die andere Entscheidung, die in der Gangzahl steckt, ist Overdrive gegenüber direktem Antrieb im höchsten Gang. Der direkte Antrieb ist der effizientere Kraftpfad in der höchsten Übersetzung; Overdrive erlaubt die Verwendung einer zahlenmäßig höheren Achsübersetzung, damit der Lkw am Berg besser zieht. Das ist eine Entscheidung über den Charakter der eigenen Strecken, keine Geschmacksfrage.

Die verbleibenden Gewinne liegen in der Vorhersage

Das mechanische Argument ist weitgehend entschieden. Was bleibt, ist zu wissen, was die Straße als Nächstes tut.

Mercedes-Benz’ Predictive Powertrain Control verbindet die GPS-Position mit gespeicherten dreidimensionalen Straßenkarten zu einem elektronischen Horizont und passt daraufhin Fahrgeschwindigkeit und Gangwahl an vorausliegende Steigungen, Kuppen, Kurvenradien, Geschwindigkeitsbegrenzungen und Vorfahrtsregelungen an Kreuzungen an. Mercedes gibt an, dass das System mehr als 95 Prozent der europäischen Land- und Fernstraßen kennt, gegenüber einem Fahrzeug ohne das System bis zu fünf Prozent Kraftstoff spart und den EcoRoll-Segelbetrieb des Getriebes fortlaufend so optimiert, dass der Lkw seinen eigenen Schwung nutzt, statt in ein Gefälle hinein zu beschleunigen. Beim Actros L ist das mit einem Antriebsstrang gebündelt, der bereits darauf ausgelegt ist, einen hohen Gang zu halten – maximales Drehmoment bei 1.100 U/min, plus Top Torque im zwölften Gang. Volvos I-See erreicht dasselbe Ergebnis, indem es die Topografie aus wiederholten Fahrten lernt, statt eine Karte zu lesen.

Der Grund, warum das mit einem manuellen Getriebe nicht funktioniert, ist: Eine Vorhersage ist wertlos, wenn nicht jedes Mal auch danach gehandelt wird. Den zwölften Gang über eine Kuppe zu halten, statt einen Gang zurückzuschalten, oder dreihundert Meter vor einem Gefälle mit dem Segeln zu beginnen, muss bei jeder Kuppe und jedem Gefälle geschehen – nicht nur bei denen, die der Fahrer bemerkt.

Doppelkupplung, und wo sie sich lohnt

Volvo brachte 2014 mit I-Shift Dual Clutch das erste Doppelkupplungsgetriebe in einem schweren Lkw auf den Markt. Zwei konzentrische Eingangswellen und zwei Kupplungen erlauben es, den nächsten Gang vorzuwählen, während der aktuelle noch Kraft überträgt, sodass die Übergabe ohne Zugkraftunterbrechung erfolgt und die Kombination beim Schalten keine Fahrgeschwindigkeit verliert. Es wird beim Volvo FH als Option neben dem Standard-I-Shift angeboten.

Es lohnt sich dort, wo eine Zugkraftunterbrechung messbar etwas kostet: schwere Kombinationen im welligen Gelände, Holz- und Tankfahrzeuge im Dauereinsatz an Steigungen, Verteilerverkehr mit ständigen Geschwindigkeitswechseln. Bei ebener Fernverkehrsfahrt mit 40 Tonnen schaltet ein modernes Einfachkupplungs-AMT schnell genug, dass sich die Argumentation dafür deutlich abschwächt.

Die Schaltgeschwindigkeit war die andere Entwicklungslinie, und dabei handelt es sich um inkrementelle Ingenieursarbeit, nicht um eine neue Architektur. Volvos I-Shift-Update von 2022 versprach bis zu 30 Prozent schnellere Schaltvorgänge, erreicht durch präzisere Sensoren, neue Software auf einem schnelleren Mikroprozessor, eine zusätzliche Scheibe in der Getriebebremse, damit diese vor einem Schaltvorgang früher reagiert, sowie ein verringertes Luftvolumen bei der Betätigung von Schaltgabel, Kupplung und Getriebebremse.

Warum das Getriebe heute zur Zertifizierung gehört

Es gibt einen regulatorischen Grund, warum Hersteller bis zur dritten Nachkommastelle über Getriebeverluste streiten. Der CO2-Ausstoß schwerer Nutzfahrzeuge wird in der EU nicht auf einem Rollenprüfstand gemessen, sondern mit VECTO simuliert, dem Berechnungstool der Kommission für den Fahrzeugenergieverbrauch, dessen Einsatz durch Regulation (EU) 2017/2400 vorgeschrieben ist. Die Getriebereibung ist einer seiner Eingangsparameter, neben Rollwiderstand, Luftwiderstand, Massen und Trägheiten, Nebenaggregatleistung und Motorleistung, wobei die Drehmomentverluste je Gang angegeben werden.

Das macht den Getriebewirkungsgrad zu einer Zahl, an der die vom Hersteller deklarierte Flottenkennzahl gemessen wird, nicht nur zu einem Verkaufsargument. Deshalb ist das Getriebe kein Bauteil mehr, das Lkw-Hersteller nach Preis einkaufen.

Worauf bei der Spezifikation oder beim Gebrauchtkauf zu achten ist

Stimmen Sie die Gangzahl auf den Einsatz ab. Crawler-Übersetzungen dienen dem schweren Anfahren am Hang; wer sie für einen 40-Tonnen-Fernverkehrseinsatz spezifiziert, kauft sich nur Leergewicht dazu, sonst nichts. Klären Sie, ob der höchste Gang direkt oder als Overdrive ausgelegt ist, und ob das zu den Steigungen Ihrer Strecken passt – nicht zum Prospekt.

Finden Sie bei einem Gebrauchtfahrzeug heraus, welche prädiktiven Funktionen tatsächlich aktiviert sind. Kartenbasierte Systeme sind Softwaremerkmale, die beim Bau des Fahrzeugs bestellt wurden oder eben nicht, und die Getriebe-Hardware sieht in beiden Fällen gleich aus. Ein Lkw, der mit automatisiertem Getriebe beworben wird, und einer mit vollständiger prädiktiver Steuerung sind beim Kraftstoffverbrauch zwei unterschiedliche Angebote, und nur die Unterlagen verraten den Unterschied.