1.

Einleitung

Kraftfahrzeug, im allgemeinen Sinne ein Straßenfahrzeug mit maschinellem Selbstantrieb. (Unter nicht selbstfahrenden Straßenfahrzeugen versteht man Anhängerfahrzeuge.) Nach einer ebenfalls allgemeinen Untergliederung werden Kraftfahrzeuge technisch nach Anzahl der so genannten Spuren in Kraftrad und Kraftwagen unterschieden. Beim Kraftrad handelt es sich um ein einspuriges Kraftfahrzeug mit zwei Rädern (in manchen Fällen mit Beiwagen). Hierzu zählen Motorräder, Motorroller sowie Fahrräder mit Hilfsmotor (Moped, Mofa). Im Gegensatz dazu handelt es sich beim Kraftwagen um ein zwei- bzw. mehrspuriges Kraftfahrzeug.

Kraftwagen lassen sich in Personenkraftwagen und in Nutzkraftwagen einteilen. Der Begriff Personenkraftwagen (auch Pkw) wird für ein Straßenfahrzeug angewandt, das maximal neun Personen aufnehmen kann. Ausgewählte Beispiele für Pkws sind die Limousine (geschlossener Aufbau, maximal vier Seitentüren), die Kabrio-Limousine (auch Cabrio-Limousine, Verdeck zum Öffnen, feststehende Seitenumwandung), das Coupé (geschlossener Aufbau, maximal zwei Seitentüren), das Kabriolett (auch Cabriolet, offener Aufbau, zwei oder vier Seitentüren) und der Kombi (vergrößerter Innenraum, mit Ladefläche). Weitere besondere Ausführungen des Pkws wären die Pullman-Limousine (verlängerter Innenraum, maximal sechs Seitentüren), der Transporter, der Krankenwagen, das Wohnmobil (siehe Wohnwagen), der Geländewagen sowie die Großraumlimousine.

Die Nutzkraftwagen dienen zum Transport von Personen oder Gütern. Größere Fahrzeuge zur Personenbeförderung (mehr als neun Personen) sind Kraftomnibusse oder kurz Busse (siehe öffentlicher Personennahverkehr), größere Fahrzeuge zum Frachttransport (siehe Güterverkehr) bezeichnet man als Lastkraftwagen (Lkw). So genannte Zugmaschinen zählen ebenfalls zu den Nutzkraftwagen. Wie ihr Name bereits andeutet, nutzt man diese zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen.

In dem folgenden Artikel wird überwiegend auf den herkömmlichen Personenkraftwagen eingegangen.

2.

Baugruppen eines Kraftfahrzeugs

Die Hauptbestandteile oder Baugruppen eines Kraftfahrzeugs sind der Motor, die Kraftübertragung, das Fahrwerk, der Aufbau (auch Karosserie), die Inneneinrichtung und die elektrische Ausrüstung.

1.

Motor

Zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet man im Prinzip drei verschiedene Maschinentypen: den Verbrennungsmotor (siehe Verbrennungskraftmaschine), den Elektroantrieb und den Hybridantrieb. Beim Hybridantrieb handelt es sich meist um eine Kombination von Verbrennungsmotor und Elektroantrieb.

1.1.

Verbrennungsmotor

Der Verbrennungsmotor von Kraftfahrzeugen besteht im Wesentlichen aus dem Kurbelgehäuse (mit Zylinder und Zylinderkopf), dem Kurbeltrieb, der Motorsteuerung, der Motorschmierung, der Zündanlage, dem Vergaser bzw. der Einspritzanlage und der Motorkühlung.

Beim Verbrennungsmotor wird zunächst die im Kraftstoff (siehe Benzin) gebundene chemische Energie durch Verbrennung in Form von Wärmeenergie freigesetzt. Ein Teil dieser frei werdenden Energie wird dann mit Hilfe des Kurbeltriebes in mechanische Arbeit umgewandelt. Verbrennungsmotoren lassen sich nach unterschiedlichen Kriterien einteilen. Eine Möglichkeit wäre die Gliederung in Benzin- bzw. Ottomotor (siehe Nikolaus Otto) und Dieselmotor (siehe Rudolf Diesel). Als weiteres Einteilungskriterium bietet sich das Arbeitsspiel des Motors an. In diesem Falle unterscheidet man Zweitaktmotoren von Viertaktmotoren. Als letztes Beispiel sei die Einteilung nach dem Bewegungsablauf genannt. Hier unterscheidet man u. a. den Hubkolbenmotor vom Kreiskolbenmotor.

Die bei weitem größte Anzahl von Kraftfahrzeugen ist mit Hubkolbenmotoren ausgestattet. Seit 1964 gibt es auch Fahrzeuge mit Kreiskolbenmotoren (auch Rotationskolbenmotor). Dieser Maschinentyp ist besser unter dem Namen Wankelmotor bekannt (siehe unten).

1.2.

Viertakt-Ottomotor

Der Viertakt-Ottomotor benötigt vier Kolbenhübe (Takte) pro Zyklus. Beim Ansaugtakt (erster Abwärtshub) wird das Benzin-Luft-Gemisch in den Zylinder eingesogen. Anschließend wird das Gemisch im Verdichtungstakt (erster Aufwärtshub) komprimiert (verdichtet). Im Arbeitshub (zweiter Abwärtshub) erfolgt die Verbrennung des verdichteten Benzin-Luft-Gemischs. Dieser Takt liefert die eigentliche Kraft. Mit dem Auspufftakt (zweiter Aufwärtshub) werden die Verbrennungsgase aus dem Zylinder herausgedrückt. Ein- und Auslassventile im Zylinder regeln das Ansaugen des Treibstoffs und die Freigabe der Verbrennungsgase. Am Ende des Krafthubes beträgt der Druck der Verbrennungsgase im Zylinder 2,8 bis 3,5 Kilogramm pro Quadratzentimeter. Diese Gase entweichen beim Öffnen des Auslassventils mit fast explosiver Gewalt und gelangen über den so genannten Krümmer zum Auspuff. Letzterer dient in erster Linie als Schalldämpfer.

Der Vierzylindermotor liefert bei jedem Hub des Zyklus die Kraft von einem der Zylinder. Mit dieser Entwicklung konnte eine kontinuierliche Kraftbereitstellung erzielt und ein reibungsloserer Betrieb des Viertaktmotors erreicht werden. Eine weitere Leistungssteigerung gelingt beispielsweise durch Motoren mit sechs, acht und zwölf Zylindern, die entweder nacheinander in Reihe oder V-förmig in zwei Reihen angeordnet sind („V-Motor”). Diese Motoren sind allerdings äußerst ungünstig im Benzinverbrauch.

Eine Möglichkeit, das Motorgewicht und damit den Spritverbrauch zu senken, stellten Forscher der TU Chemnitz und der TU Clausthal Ende 1997 vor. Den Wissenschaftlern gelang die Konstruktion eines Magnesiumverbundkolbens, der im Wesentlichen aus einer kohlefaserverstärkten Magnesiumlegierung besteht. Bei Erwärmung dehnen sich die Kolben weniger stark aus als herkömmliche Aluminium-Silicium-Kolben und lassen sich zudem passgenauer herstellen.

1.3.

Vergaser

Im Vergaser wird Luft mit Benzindampf vermischt. Um zu verhindern, dass die Luft und der Vergaser zu sehr abkühlen, wird die Luft meist von einer dem erhitzten Teil des Motors nahe gelegenen Stelle entnommen. Moderne Vergaser sind mit einer so genannten schwimmerregulierten Kammer und einer Misch- oder Sprühkammer ausgestattet. Erstere ist eine Art Vorratsbehältnis, in dem ein geringer Benzinzulauf über den Schwimmer auf einem konstanten Niveau gehalten wird. Das Benzin wird bei den meisten Fahrzeugausführungen vom Haupttank in diese Kammer gepumpt. Wenn ein gewünschtes Niveau in der Kammer erreicht ist, schließt der Schwimmer über eine Mechanik den Einlass. Der Vergaser ist zusätzlich mit Beschleunigungspumpen und Reduzierventilen ausgerüstet, die automatisch das Mischungsverhältnis für einen ausreichenden Betrieb unter veränderlichen Bedingungen überwachen. Die Fahrt auf ebenem Gelände bei konstanter Geschwindigkeit erfordert ein niedrigeres Mischungverhältnis von Benzin und Luft, als es für ansteigendes Gelände, für das Beschleunigen oder den Motorstart bei kaltem Wetter vonnöten ist. Braucht man eine äußerst reichhaltige Benzinmischung z. B. beim Kaltstart, dann verkleinert die Starterklappe am Vergaserkopf (über Choke oder Kaltstartautomatik) den Lufteinlass. Dadurch gelangt weniger Luft in den Vergaser, und das entstehende Benzin-Luft-Gemisch enthält mehr Benzin, man sagt das Gemisch ist fetter.

1.4.

Einspritzsysteme

Neben dem Vergaser als Aggregat zur Erzeugung des Luft-Kraftstoff-Gemisches kommen in modernen Kraftfahrzeugen häufig auch unterschiedliche Einspritzsysteme zum Einsatz. Diese zum Teil sehr komplizierten Anlagen werden herkömmlicherweise über eine besondere Elektronik gesteuert und arbeiten meist mit Niederdruck. Die Vorteile von Einspritzsystemen gegenüber Vergasern sind u. a. in den Leistungswerten (mehr Hubraumleistung, höheres Drehmoment bei kleinen Drehzahlen), einer gleichmäßigeren Verbrennung und einem besseren Kaltstartverhalten zu sehen. Ein wesentlicher Nachteil von Einspritzsystemen für Ottomotoren ist die technisch aufwendige Wartung.

Die Einspritzanlagen für Dieselmotoren (siehe unten) sind von den Einspritzsystemen für Ottomotoren zu unterscheiden.

1.5.

Zündung

Das Benzin-Luft-Dampf-Gemisch gelangt vom Vergaser bzw. Einspritzaggregat in den Zylinder und wird beim ersten Aufwärtshub des Kolbens zusammengedrückt. Bei diesem Vorgang erhitzt sich das Gas. Sowohl die höhere Temperatur als auch der höhere Druck begünstigen die nachfolgende vollständige Zündung und gewährleisten eine schnelle Verbrennung. Im nächsten Schritt wird die Ladung gezündet. In den Zylinder ragen eingebaute Zündkerzen hinein. Die Zündung erfolgt durch einen Funken, der von den Elektroden einer Zündkerze überspringt. Eine Elektrode (plus) ist durch Porzellan oder Glimmermineral isoliert, die andere (minus) ist über das Metall der Kerze geerdet.

Der Grundtyp der allgemein genutzten Hochspannungszündung ist das Sammlersystem. Der Strom von der Batterie fließt durch eine Niederspannungsspule und magnetisiert den in der Spule befindlichen Eisenkern. Wird dieser Stromkreis an den Zündverteilerpunkten durch den Unterbrechernocken geöffnet, so wird mit Hilfe des Verdichters in der Primärspule ein kurzzeitiger Hochfrequenzstrom erzeugt. Dadurch wird in der Sekundärspule ebenfalls ein kurzzeitiger Strom hoher Spannung induziert. Diese sekundäre Hochspannung benötigt das System, damit der Funke den Zwischenraum in der Zündkerze überspringen kann. Die sekundäre Hochspannung wird über den Zündverteiler zum richtigen Zylinder geleitet. Der Verteiler verbindet die Sekundärspule in der richtigen Zündfolge mit den Zündkerzen in den verschiedenen Zylindern. Der Unterbrechernocken und der Zündverteiler werden von der gleichen Welle angetrieben. Die Zahl der Unterbrecherpunkte am Unterbrechernocken entspricht der Zylinderanzahl.

Die elektronische Anlage regelt beispielsweise den Motorstart, die Zündung und die Autobeleuchtung. Zu den Hauptbestandteilen der elektronischen Anlage zählen der Akkumulator, der Generator für die elektrische Wiederaufladung während des Motorlaufes (das ist die Lichtmaschine) und der Elektromotor zum Starten (Anlasser). Der Strom setzt auch verschiedene automatische Geräte und Zubehör in Betrieb, darunter z. B. Scheibenwischer, Blinklichter, Heizung und Klimaanlage, Zigarettenanzünder, Fensterheber sowie Rundfunkgeräte.

1.6.

Dieselmotor

Im Gegensatz zum Ottomotor arbeitet ein Dieselmotor nicht mit Benzin oder Flüssiggas, sondern mit Dieselkraftstoff. Während beim Ottomotor das Luft-Kraftstoff-Gemisch außerhalb des Verbrennungsraumes (Zylinder) erzeugt wird (s. u. Vergaser), erfolgt die Gemischbildung beim Dieselmotor innerhalb des Zylinders. Dazu saugt der Dieselmotor zunächst reine Luft an (Ansaugtakt), die anschließend verdichtet wird (Verdichtungstakt). Die Luft erhitzt sich dabei auf 700 bis 900 °C. Über eine Einspritzanlage gelangt der Dieselkraftstoff zur verdichteten heißen Luft und entzündet sich praktisch von selbst. Dieselmotoren arbeiten mit einem höheren Verdichtungsdruck (14 bis 23:1) als Ottomotoren (nur 7 bis 10:1). Wesentliche Vorteile des Dieselmotors gegenüber dem Ottomotor sind beispielsweise der geringere Kraftstoffverbrauch, die niedrigeren CO-Werte im Abgas (bis 0,3 Prozent CO gegenüber 4,5 Prozent CO) sowie die längere Lebensdauer. Ein Nachteil des Dieselmotors ist allerdings die erheblich hohe Partikelanzahl (besonders Ruß) im Abgas.

Eine besondere Problematik beim Dieselmotor ist der im Vergleich zum Ottomotor hohe Ausstoß an Stickoxiden und Rußpartikeln. Um ein möglichst ausgewogenes Verhältnis zwischen günstigem Verbrauch und weniger Stickoxid- und Rußbildung zu erhalten, hat man verschiedene Techniken entwickelt. Eine Möglichkeit ist die so genannte Common-Rail-Einspritzung (deutsch: Speicher- oder Akkumuliereinspritzung). Im Gegensatz zu herkömmlichen Direkteinspritzsystemen ist der Einspritzdruck beim Common-Rail unabhängig von Drehzahl und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge. Dadurch lässt sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch für jede Motordrehzahl optimal erzeugen. Zusätzlich bringt eine Rückführeinheit Abgase in die Mischung ein, wenn ein luftärmeres Gemisch erzeugt werden soll. Gesteuert wird das ganze System über eine spezielle Elektronik.

Noch effizienter lässt sich die Emission von Rußpartikeln in die Umwelt durch Filtersysteme senken. Moderne Partikelfilter sind in der Lage bis zu 99,9 Prozent der feinen Rußpartikel aus dem Abgas von Dieselfahrzeugen herauszufiltern. Bislang bieten nur ausländische Autohersteller derartige Systeme für Pkws serienmäßig an.

1.7.

Kreiskolbenmotor

Der Wankel-Kreiskolbenmotor wurde von dem deutschen Ingenieur Felix Wankel in den fünfziger Jahren entwickelt – der erste Testlauf war 1957. Der Wankelmotor, in dem ein Rotationskolben anstatt senkrechter Kolben zum Einsatz kommt, kann bis zu einem Drittel leichter als herkömmliche Fahrzeugmotoren sein, da er weniger Zündkerzen, Kolbenringe und andere Maschinenteile benötigt.

Die ersten serienmäßig gefertigten Fahrzeuge mit Kreiskolbenmotoren wurden von den NSU-Motorenwerken gebaut (NSU-Spider). Der etwa zur gleichen Zeit in der Entwicklung befindliche Ro-80 wurde in den Jahren 1967 bis 1977 ebenfalls von NSU (später Audi-NSU) gebaut (knapp 34 000 Fahrzeuge).

1.8.

Zweitaktmotor

Im Gegensatz zu den Viertaktmotoren verläuft beim Zweitaktmotor, wie sein Name bereits andeutet, ein Arbeitsspiel – also Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen – innerhalb zweier Takte. Mit einfachen Worten ausgedrückt, finden beim Zweitaktmotor jeweils mehrere Vorgänge eines Arbeitsspiels unterhalb des Kolbens und oberhalb des Kolbens fast gleichzeitig statt. Weil beim Zweitaktmotor ein separater Ansaug- und Ausstoßhub fehlen, muss der Zylinder mit Überdruck befüllt werden. Dies geschieht über den so genannten Überströmkanal – bei moderneren Ausführungen durch zusätzliche Pumpen.

Anstelle der Ventile hat der Zweitaktmotor Schlitze (Überström-, Ein- und Auslasskanal), die durch den Kolben geöffnet oder geschlossen (gesteuert) werden – es gibt auch Ausführungen mit Auslassventilen. Im Gegensatz zu Viertaktmotoren findet bei Zweitaktmotoren ein offener Gaswechsel statt. Während des Gaswechselprozesses (Frischgase rein, Altgase raus) sind Überström- und Auslasskanal im Prinzip gleichzeitig offen, d. h. Frischgase und Altgase können sich mischen und Frischgase über den Auslasskanal aus dem Zylinder entweichen.

Auch die Schmierung erfolgt beim Zweitaktmotor anders als beim Viertaktmotor. Weil das Kurbelgehäuse von Zweitaktmotoren zum Vorverdichten des Luft-Kraftstoff-Gemisches dient, kann das Motorenöl nicht in das Kurbelgehäuse eingefüllt werden. Das Öl wird dem Kraftstoff in einem bestimmten Mischungsverhältnis beigemengt. Diese Art der Schmierung bezeichnet man in der Kraftfahrzeugtechnik als Mischungsschmierung.

Beim ersten Takt bewegt sich der Kolben vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt. Während des ersten Taktes geschieht unterhalb des Kolbens folgendes: Die Oberkante des Kolbens verschließt den Überströmkanal, die Unterkante des Kolbens öffnet den Einlassschlitz. Dabei wird Luft-Kraftstoff-Gemisch angesogen (Ansaugen). Nun die Verhältnisse während des ersten Taktes oberhalb des Kolbens: Durch den geöffneten Überströmkanal schieben die vorverdichteten Frischgase die Abgase in den ebenfalls geöffneten Auslasskanal (Ausstoßen). Anschließend werden die Frischgase verdichtet (Verdichten).

Es folgt der zweite Takt, bei dem sich der Kolben vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt. Die Vorgänge unterhalb des Kolbens: Die Unterkante des Kolbens verschließt den Einlasskanal und das angesogene Frischgas wird vorverdichtet. Oberhalb des Kolbens läuft beim zweiten Takt Folgendes ab: Das verdichtete Frischgas wird kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes gezündet (Zündung). Der Kolben bewegt sich durch den dabei entstehenden Druck nach unten und gibt zuerst den Auslasskanal frei (Ausstoß der Abgase). Dann öffnet der Kolben den Überströmkanal und vorverdichtete Frischgase schieben die restlichen Abgase in den Auslasskanal.

Zweitaktmotoren werden meistens bei Motorrädern eingesetzt. Ein bekanntes Beispiel für einen Pkw mit Zweitaktmotor ist der Trabant (Trabbi).

1.9.

Kühlung

Im Augenblick der Explosion liegt die Temperatur im Zylinder viel höher als der Schmelzpunkt von Gusseisen. Da die Explosionen im Schnitt bis zu 2 000-mal pro Minute stattfinden, wird der Zylinder sehr heiß. Ohne Kühlung würde sich der Kolben infolge seiner Ausdehnung im Zylinder „festfressen”. Die Zylinder sind deshalb mit einer Ummantelung versehen, durch die mittels einer kleinen Pumpe Kühlwasser zirkuliert. Diese Pumpe wird über ein Zahnrad an der Kurbel- oder Nockenwelle angetrieben. Zweckmäßigerweise schützt man das Wasser vor dem Einfrieren mit einem geeigneten Frostschutzmittel, beispielsweise mit Alkohol, Methylalkohol oder Ethylenglycol.

Um das Wasser vor dem Verkochen zu bewahren bzw. auf Betriebstemperatur zu halten, ist im Motorkühlsystem zusätzlich ein Kühlwasserregelsystem enthalten. Diese Regler unterscheiden sich in Art und Typ. Sie lassen das Wasser durch ein Rohrsystem mit großer Oberfläche fließen, wobei die Oberfläche z. B. vom Fahrtwind gekühlt wird; ein elektrisch angetriebener Lüfter führt dem Wasserkühler zusätzlich Kühlluft zu. Wasserkühler und Lüfter werden über so genannte Thermostaten geregelt. Bei der Luftkühlung wird der Motor durch den Fahrtwind oder ein Gebläse gekühlt.

1.10.

Anlasser

Im Gegensatz zur Dampfmaschine muss der Verbrennungsmotor in Gang gesetzt werden, bevor eine Explosion stattfinden und Kraft entwickelt werden kann. Darüber hinaus kann er bei kleinen Geschwindigkeiten keine große Leistung entwickeln. Diese Schwierigkeiten löste man durch den Einsatz von Getriebe und Kupplung. Durch diese Vorrichtungen ist der Motor in der Lage, auch bei langsamerer Fahrgeschwindigkeit mit einer höheren Drehzahl zu laufen. Er kann außerdem auch dann weiterarbeiten, wenn das Fahrzeug stillsteht. Ein elektrischer Anlassmotor, der seinen Strom von der Batterie erhält, dreht die Kurbelwelle und startet dadurch den Verbrennungsmotor. Beim Anlassmotor handelt es sich üblicherweise um einen speziellen Maschinentyp, der für ganz kurze Zeitabschnitte eine hohe Leistung liefert. Bei modernen Autos wird der Anlassmotor automatisch in Gang gesetzt, wenn der Zündschalter geschlossen wird. Die ersten Autos der Geschichte hatten keinen Anlassmotor. Bei ihnen musste der Verbrennungsmotor mit Hilfe einer Handkurbel in Gang gebracht werden.

2.

Kraftübertragung

Die Motorkraft wird zuerst auf das Schwungrad und dann auf die Kupplung übertragen. Mit der Kupplung verbindet und trennt man den Motor und die weiteren kraftübertragenden Einheiten. Hinter der Kupplung folgt das Getriebe. Hier sorgen unterschiedlich große Zahnräder für das richtige Übersetzungsverhältnis, wodurch der Motor bei jeder Fahrgeschwindigkeit im jeweils günstigen Drehzahlbereich arbeitet. Beim so genannten Vorderradantrieb wird die Kraft vom Getriebe direkt auf zwei seitlich aus dem Getriebegehäuse gehende Antriebswellen übertragen. Beim Hinterradantrieb geht die Kraft zunächst auf die so genannte Kardanwelle. Die Kardanwelle mündet im Bereich der Hinterachse im so genannten Differential. Von hier gehen im Prinzip so ähnlich wie beim Vorderradantrieb die Antriebswellen aus dem Differentialgehäuse. An den Enden der Antriebswellen sitzen die Räder.

Ein jüngere technische Neuerung ist ein aus Kohlefaser hergestelltes Schwungrad, das in Kombination mit einer Gasturbine sowie elektronischem Steuersystem den Spritverbrauch nahezu halbiert. Gleichzeitig vermag dieses Gesamtsystem das Fahrzeug wie einen Sportwagen zu beschleunigen. Diese Technik befindet sich derzeit allerdings noch in der Testphase.

2.1.

Kupplung

Die Zahnräder, mit deren Hilfe im Prinzip die Kraftübertragung stattfindet, lassen sich nur im unbelasteten Zustand schalten. Daher muss der Kraftfluss zwischen Motor und Getriebe (siehe unten) während des Schaltvorgangs unterbrochen werden – das ist die Aufgabe einer Kupplung. In jedem Auto ist ein bestimmter Kupplungstyp eingebaut. Meist handelt es sich dabei um eine so genannte Reibungskupplung. Von diesem Kupplungstyp sind mindestens fünf unterschiedliche Arten in der Kfz-Technik gebräuchlich. Der Einsatzbereich dieser Arten hängt davon ab, wie die jeweilige Kupplung betätigt wird. Einscheibenkupplungen betätigt man beispielsweise über ein Fußpedal mechanisch durch einen Seilzug oder ein Gestänge. In der Kfz-Technik kennt man u. a. auch die hydraulische Betätigung der Kupplung über ein Zylindersystem (ähnlich dem Bremsensystem) und die pneumatische Betätigung mit Druck- oder Saugluft. Die gängigste Kupplungsart, die man in Autos einbaut, wird manuell geschaltet. Bei automatischen oder halbautomatischen Getrieben verwendet man Mehrscheibenkupplungen. Die so genannte Einscheibentrockenkupplung benötigt einen festen Kontakt zwischen dem Motor und dem Getriebe. Sie besteht im Prinzip aus der Hinterfläche des Schwungrades, der Kupplungsscheibe und der Kupplungsdruckplatte mit den Membranfedern – letztere entsprechen bei der Mehrscheibenkupplung den so genannten Lamellen. Die Kupplungsscheibe ist drehfest mit der Getriebewelle (sprachgebräuchlich auch Antriebswelle) verbunden. Wenn die Kupplung getreten wird, drücken Ausrückhebel die Membranfedern der Kupplungsdruckplatte und diese wiederum gegen die Hinterfläche des Schwungrades. Mehrscheibenkupplungen haben im Gegensatz zu Einscheibenkupplungen einen kleineren Durchmesser. Man unterscheidet Mehrscheibenkupplungen in Lamellentrocken- und Lamellennasskupplung (im Ölbad laufend).

2.2.

Drehmomentwandler und Getriebe

Drehmomentwandler oder Schaltgetriebe sind dazu da, die Geschwindigkeit und die Kraftverhältnisse zwischen Motor und Antriebsrädern zu verändern. Der Motor gibt nur innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs ein günstiges Drehmoment ab. Dieses Ziel erreicht man mit Drehmomentwandler, die das Drehmoment des Motors anpassen. Großes Drehmoment bei kleiner Drehzahl benötigt man beim Anfahren und beim Beschleunigen. Kleines Drehmoment bei großer Drehzahl ist bei gleichmäßiger Fahrt auf ebener Fahrbahn erforderlich. Gegenwärtig sind drei Getriebetypen auf dem Markt: hydraulische Drehmomentwandler, Schaltgetriebe und automatische Getriebe. Der hydraulische Drehmomentwandler arbeitet mit drei Schaufelrädern. Das Pumpenrad ist mit dem Schwungrad des Motors verbunden und schleudert Öl auf das Turbinenrad. Die stark gekrümmten Schaufeln des Turbinenrades wandeln die Strömungsenergie des Öles in ein Drehmoment um. Über das Turbinenrad wird dadurch die Kraft an die Antriebswelle weitergeleitet. Weil das Drehmoment des Pumpenrades mitunter nicht ausreicht, um das Turbinenrad zu bewegen, ist zwischen Turbinen- und Pumpenrad noch ein zusätzliches Leitrad eingebaut. Dieses führt außerdem das vom Turbinenrad kommende Öl zum Pumpenrad zurück. Das heute übliche manuell schaltbare Getriebe muss, wie der Name schon andeutet, zum Wechseln eines Ganges manuell betätigt werden und stellt im Prinzip einen mechanischen Drehmomentwandler dar. Es liefert drei oder vier Vorwärtsgänge sowie einen Rückwärtsgang (Vier- oder Fünfganggetriebe) und besteht im Grundprinzip aus zwei Wellen, von denen jede mit Zahnrädern verschiedenen Durchmessers bestückt ist. Eine Welle treibt die andere mit einer vorgewählten Drehzahl an, indem die entsprechenden Zahnräder ineinandergreifen. Bei den heute üblichen Synchrongetrieben wird die Drehzahl der beiden Wellen angeglichen (synchronisiert). Für den Rückwärtsgang benötigt man ein zusätzliches Zahnrad, um die Antriebswelle entgegengesetzt zur normalen Rotation zu drehen. Wählt man einen hohen Gang, so drehen sich die beiden Wellen gewöhnlich mit gleicher Drehzahl. Beim niedrigen, zweiten und beim Rückwärtsgang dreht sich die angetriebene Welle langsamer als die Antriebswelle. Wenn ein Zahnradpaar so ineinandergreift, dass sich die angetriebene Welle schneller dreht als die Antriebswelle, dann spricht man vom Schongang. Der Schongang wurde entwickelt, um die Geschwindigkeit des Autos zu erhöhen, ohne den Motor über seine als normal angesehenen Betriebsgrenzen zu strapazieren.

Ein vollautomatisches Getriebe setzt sich meist aus einem hydraulischen Drehmomentwandler, einem Planetengetriebe und einer hydraulischen Steuerungsanlage zusammen. Die hydraulische Steuerung betätigt Bremsbänder, Lamellenkupplungen und Freilaufkupplungen. Durch diese Vorgänge werden im Planetengetriebe entscheidende Teile festgehalten, wodurch im Prinzip ein bestimmter Gang eingestellt ist. Das Planetengetriebe besteht aus Sonnenrad, Hohlrad, den Planetenrädern und dem Planetenradträger. Die entscheidenden Teile, Sonnenrad, Hohlrad und Planetenräder, sind während des Betriebs ständig miteinander im Eingriff. Durch das Festhalten eines dieser Bauteile (über die hydraulische Steuerung) rollt das antreibende Teil auf dem festgebremsten ab. Dadurch kommt eine Übersetzung zum abtreibenden Teil (sprachgebräuchlich: Antrieb) zustande. Die Wahl und Einstellung der jeweils erforderlichen Übersetzung erfolgt in Abhängigkeit von Fahrgeschwindigkeit, Motordrehzahl, der Wahlhebelstellung und der Gaspedalstellung. Üblicherweise sind in vollautomatischen Getrieben drei Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisiert.

3.

Fahrwerk

Zum Fahrwerk des Autos gehören das Radaufhängungssystem, die Stabilisatoren, die Federung, die Schwingungsdämpfer, die Achsen, die Lenkung, das Bremsensystem sowie Räder und Reifen. Der Rahmen des Autos kann als integrierter Bestandteil des Fahrwerkes angesehen werden. Er ist durch Federn mit der Hinterachse und den Vorderrädern verbunden. Diese Federn bilden zusammen mit den Achsen, den Lenk- und Haltearmen und den Stoßdämpfern das Radaufhängungssystem. Bei modernen Autos sind die Vorderräder unabhängig vom Rahmen in einer Weise aufgehängt, dass jedes von ihnen seine Ebene ändern kann, ohne das andere dadurch merklich zu beeinflussen. Die Stabilisatoren bestehen aus Federstahlstäben, die zwischen den Stoßdämpferarmen durch Hebel verbunden sind, um Fahrgeräusche der Karosserie zu vermindern und die Lenkbarkeit zu verbessern. Das in Kraftfahrzeugen übliche Lenksystem ist die so genannte Achsschenkellenkung. Dabei werden die gelenkten Räder einer Achse um Achsschenkelbolzen geschwenkt. Das kurveninnere Rad muss dabei stärker eingeschwenkt werden als das kurvenäußere Rad. Beim Lenken des Fahrzeuges wird die Drehbewegung des Lenkrades über die Lenksäule auf das Lenkgetriebe übertragen. Im Lenkgetriebe wird die Drehung in eine Schwenkbewegung umgewandelt. Das Übersetzungsverhältnis liegt üblicherweise zwischen 15:1 und 25:1. Ein Übersetzungsverhältnis von 15:1 bedeutet, dass sich das gelenkte Rad bei 15 Lenkradumdrehungen einmal um 360 Grad drehen würde. Vom Lenkgetriebe wird die Bewegung über Lenkstockhebel und Lenkhebel weiter auf die Räder übertragen. Aus Sicherheitsgründen ist die Lenksäule mehrmals abgeknickt und mit Gelenken ausgestattet. Man unterscheidet mehrere Arten von Lenkgetrieben. Bei der Zahnstangenlenkung ist am Ende der Lenksäule ein Antriebsritzel angebracht. Letzteres steht mit einer Zahnstange in Verbindung, die beim Lenkvorgang seitlich verschoben wird. So genannte Schneckenlenkungen bestehen aus einer Lenkschnecke und einem Schneckenrad. Das Schneckenrad greift in die Lenkschnecke und verdreht bei der Drehung des Lenkrades die Lenkwelle und den darauf fest installierten Lenkstockhebel. Die Lenksäule einer Spindellenkung ist mit einer Lenkspindel verbunden. Auf ihr ist eine Lenkschraube aufgeschraubt, die während des Lenkvorgangs über eine Hebelmechanik die Lenkwelle und den dazugehörigen Lenkstockhebel schwenkt. Bei der Servolenkung wird die Drehbewegung des Lenkrades durch eine Ölhydraulik verstärkt (siehe Hydraulik).

Ein Auto verfügt über zwei Bremsanlagen: die Hand- oder Feststellbremse und die Fußbremse. Die Feststellbremse wirkt im Allgemeinen nur auf die Hinterräder oder auf die Antriebswelle. Die Fußbremse wirkt auf alle vier Räder. Hydraulische Bremsen in Personenwagen und hydraulische Vakuum-Druckluftbremsen in Lastkraftwagen übertragen die Bremskraft auf die Räder mit einem wesentlich geringeren Kraftaufwand auf das Bremspedal, als es bei herkömmlichen mechanischen Bremsen erforderlich wäre. In der Kfz-Technik kennt man Einkreis- und Zweikreisbremssysteme. Wenn im Bremskreis eine Undichtheit auftritt, ist bei einem Zweikreissystem noch ein Kreis voll wirksam, während beim Einkreisbremssystem in diesem Falle die gesamte Anlage ausfällt. Deshalb werden heutzutage nur noch Zweikreisbremssysteme in Kraftfahrzeugen eingebaut (siehe Bremse).

4.

Elektromobile

Im Gegensatz zu den Solarmobilen, die ihre Antriebsenergie über in Solarzellen gespeicherte Sonnenenergie erhalten, nutzen so genannte Elektromobile die Energie von hochleistungsfähigen Akkumulatoren. Bei den meisten Elektromobilen werden Bleiakkumulatoren eingesetzt. An zweiter Stelle stehen Nickel-Cadmium-Akkumulatoren. Andere Formen wie z. B. Alkali- oder Lithium-Systeme sind im Prinzip kurz vor der serienmäßigen Fertigung. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal für Akkumulatoren ist die Temperatur, bei der sie sich betreiben lassen. So haben Nickel-Cadmium und Lithium-Batteriesysteme eine Betriebstemperatur von -20 °C bis etwa +55 °C, während Bleiakkumulatoren ihre volle Funktionstüchtigkeit zwischen 0 °C und +55 °C entfalten.

Moderne Elektromobile erreichen durchaus Geschwindigkeiten bis zu 80 Kilometer pro Stunde und mehr. So brachte beispielsweise Ende 1996 der US-amerikanische Autohersteller General Motors ein 100 Kilowatt (137 PS) starkes Elektromobil auf den Markt, das über 100 Kilometer pro Stunde schnell fahren kann. Mit vollen Bleiakkus beträgt der Aktionsradius dieses Gefährts maximal 145 Kilometer.

Es gibt derzeit verschiedene elektrische Antriebssysteme, die entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom arbeiten. Ausgewählte Beispiele sind der Gleichstrom-Reihenschlussantrieb, der fremderregte Gleichstromantrieb, der Asynchronantrieb und der permanenterregte Synchronantrieb.

Als Antriebsaggregat ist bei den meisten heutzutage gebräuchlichen Elektromobilen ein so genannter Gleichstromnebenflussmotor eingebaut.