Zur Erklärung muss man etwas weiter ausholen.
Fakten
Die berüchtigten Gangspringer treten vorwiegend bei Getrieben der R1100xx auf.
Die Zahnräder dieser Getriebe sind im Feingussverfahren (ein besonders exaktes Giessverfahren) hergestellt.
Funktion Schaltung
Die generelle Funktionsweise eines Getriebes ist bereits bei „4V1 Getriebe Funktion“ (Link) dargestellt.
Es werden also keineswegs –wie oft vermutet- die Radverzahnungen aus/ineinander verschoben sondern „nur“ die Zahnräder durch seitliche Klauen verbunden/gelöst.
Sinnvoll ist zudem zuerst „4V0 Schaltvorgang -fehler -assistent, o. Kupplung“ (Link) zu lesen (und zu verstehen).
Ablauf:
Der Fusstritt dreht die Schaltwalze. Diese bewegt mit ihrer Kulisse die Tastrolle/-stift an der Schaltgabel. Letztere verschiebt das Zahnrad mit den Schaltklauen so, dass diese in entsprechenden Lücken greifen.
Das Problem daran ist, dass diese Mechanik –im Gegensatz zum PKW- nicht synchronisiert wird- Folglich kann es sein, dass die Klauen auf Stege treffen und sich das Getriebe im Stillstand nicht schalten lässt. Die Eigenheit „Der erste Gang geht nicht rein“ ist bei „4V1 Getriebe Funktion“ (Link) erklärt
Zwischen Kulisse und Tastrolle besteht etwas Spiel (muss, sonst kann sich die Rolle nicht drehen). Zwischen Schaltgabel und der Führungsnut im Zahnrad besteht reichlich Spiel. Die Spiele werden mit zunehmender Gebrauchsdauer nicht geringer :-).
Die Kulisse wird durch den Schaltstern (der meiner Meinung für das „Wumm“ beim Schalten verantwortlich ist) recht exakt fixiert. Das Spiel zwischen Kulisse und Tastrolle kann man normaler Weise vernachlässigen, das zwischen Schaltgabel und Führungsnut ist interessant.
Hinweis:
„Parkt“ der Schaltfuss auf dem Schalthebel, so bleibt die Schaltgabel angelegt, schleift seitlich in der Nut und nutzt sich ab. Das Spiel wird (u.U. schnell und bedeutend!) grösser.
Erklärung
Feinguss
Die Oberfläche unbearbeiteter Gussteile ist immer etwas rau, dafür -ohne Nachbearbeitung- zäh-fester als das Gussstück im Inneren.
Bei den Zahnrädern werden die Zähne, Bohrungen etc. nach dem Guss geschliffen doch die Schaltklauen werden nicht nachbearbeitet.
Theoretisch kann deshalb die Flanke einer feingegossenen Klaue die gesamte Kraft aufnehmen müssen nur weil sie minimal grösser ist als die Anderen.
Gussteile können nicht ohne weiteres hinterschnitten hergestellt werden. Selbst zueinander absolut rechtwinklige Flächen sind nicht immer möglich. Normal sind leicht konische Teile (Ausformschräge).
Im Verhältnis zu geschliffenen Teilen sind feingegossene noch immer „grobschlächtig“.
Um die Problematik anschaulich darstellen zu können ist die Darstellung in den Zeichnungen stark übertrieben.
XXXX zeigt den Idealfall. Die parallel zur Rotationsachse stehenden Klauenflanken liegen mit guter Überdeckung satt aneinander. Das, in diesem Fall vom orangen Rad abgegebene Drehmoment wird verlustlos auf das grüne übertragen.
YYYY zeigt den Normalfall mit Ausformschräge. Die im Winkel zur Rotationsachse stehenden Klauenflanken liegen ebenfalls satt aneinander. Nachdem Kräfte nur senkrecht zu den übertragenden Flächen übertragen werden können wird das ausgehende „orange“ Drehmoment (or) in zwei Teilkräfte gespalten. Der grössere Teil (gnor) wirkt als Drehmoment, der kleinere (rt) drückt das orange Rad von grünen weg, versucht also die Klauen zu lösen. Hier muss die Schaltgabel „gegenhalten“ und verschleisst dabei.
Zzzz zeigt den unwahrscheinlichen Fall mit Hinterschnitt. Die Klauen verhaken sich, die Überdeckung ist maximal. Das Ausgangsdrehmoment wird auch hier aufgeteilt. Der kleinere Anteil presst die Räder aneinander.. Abgesehen davon, dass die Herstellung nicht einfach wäre hat u.U. auch die Schaltgabel Probleme eine solche Verbindung zu lösen.
Geschliffene Hinterschneidungen sind auch bei (Link) „4V1 Getriebe Funktion“ erwähnt.
Überdeckung
Die Grundlagen zu „Überdeckung“ sind bei (Link) „4V1 Getriebe Funktion“ erklärt.
Wichtig ist z.B., dass die Schaltgabel -deren Stellung von der Schaltwalze definiert wird- nach dem Schaltvorgang möglichst nicht an den Flanken der Führungsnut schleift.
Je weiter die Schaltgabel abgenutzt ist, desto grösser wird das Spiel bei der Klauenüberdeckung weil sie sich beim Schalten zuerst „sinnlos“ im Führungsspalt bewegt bis sie „endlich das Zahnrad verschiebt.
Auch soll die Überdeckung der Klauen möglichst gross sein damit sich die auftretenden Kräfte auf breite Auflageflächen verteilen.
Je höher die Überdeckung ist, desto geringer kann/darf das Spiel der Schaltgabel sein da sonst der Schalthub nicht ausreicht um die Klauen in-/auseinander zu schieben.
Je kleiner die Überdeckung ist, desto höher ist die spezifische Last auf den kleinen Kontaktflächen.
Zusammenspiel
Nehmen wir einen üblen Fall an bei dem eine Klaue etwas grösser ist als die anderen und somit als Einzige „trägt“. Zudem sei das Getriebe grenzwertig ausdistanziert und die Klauenüberdeckung ist deshalb relativ klein. Ausserdem sei die Ausformschräge der Klaue gross (wenn auch in der Toleranz)und der Fahrer habe ein eher „sportliches Fahrverhalten.
Nach meiner Überlegung ist diese (oder eine ähnliche) Kombination gar nicht sooo unwahrscheinlich.
Das gesamte Drehmoment dieser Gangstufe lastet also auf einer Klaue deren spezifische Last/Fläche aufgrund der kleinen Überdeckung hoch ist UND das Schieberad hat –wegen der Ausformschräge- eine Tendenz „zur Seite“ zu wollen. Anfänglich wird der „Seitwärtsdrang“ noch verhindert weil sich die Schaltklauen wegen der Gussrauigheiten etwas ineinander „verhaken“. Durch die sportliche Schaltweise wird das einzige tragende Klauenpaar teilweise unter Last voneinander gezogen, so die Rauigkeit geglättet, die Schaltgabel seitlich verschlissen und die Klauenkante gerundet. Nachdem alle beteiligten Teile nicht aus Kaugummi sind geschieht dies sehr langsam und quasi schleichend.
Irgendwann sind die Überdeckungsflächen der Klauen geglättet (die Klauen gleiten besser), sie sind kleiner weil die Schaltgabel abgenutzt ist und die Klauen nicht mehr sauber/genügend einrückt. Die Klauenkanten sind etwas rund, und die seitwärts wirkende Kraft wird tendenziell grösser. „Unsere einzige“ Klaue springt das erste Mal beim Schalten. Am Anfang bemerkt das der Fahrer wahrscheinlich nicht einmal oder vermutet eine Nachlässigkeit beim Schalten! Nachdem die Kante nur springen kann wenn genügend Drehmoment anliegt hat er ja bereits Last auf den Antriebsstrang (also „Gas“) gegeben. Die beschleunigte, springende Kante knallt also mit „Schmackes“ auf die nächste „Gegenkante“ und beginnt damit diese rund zu hämmern. Vielleicht wird das gemildert weil inzwischen auch die restlichen Kanten „mitspielen“ könnten weil der Verschleiss an der „Ersten“ so hoch sein könnte, dass die restlichen zu Greifen beginnen (aber sofort hoher Abnutzung unterliegen).
Gangspringer liegen nicht nur am Schaltverhalten!
Stimmt, aber das Schaltverhalten kann Einfluss haben. Ursache der „Gangspringer“ sind verschlissene Kanten der Schaltklauen. Wodurch, weshalb oder wovon sie verschlissen sind ist uninteressant.
Sind die Klauenkanten erst mal „rund“, so wird die Kraft nicht mehr von einer Fläche sondern nur noch von einer Linie übertragen. Durch die Schräge(n) tritt eine, mit dem Verschleiss ansteigende Kraft auf die versucht die Klauen/Zahnräder auseinander zu drücken. Pos 12 zeigt die Vortriebskraft (orange) die Kraft (grün) wird nur senkrecht zur Aufstandsfläche übertragen(!) und die seitlich wirkende „Auseinanderdrückkraft“ (rot).
Das Interessante dabei ist, dass die seitliche Kraft desto grösser wird je weniger die Klauen überlappen! Diese Kraft wirkt zusätzlich zum Einfluss der Ausformschrägen auf die betroffene Schaltgabel.
Ist die Klaue rund, so ergibt sich in gleicher Situation ein Mix. Die Klaue hält der Kraft nicht mehr stand. Durch die Verrundung wird sie seitwärts in Richtung Zahnrad 2 gedrückt UND weiter abgenutzt.
Sind alle Klauen irgendwann zu rund, verhaken sie sich nicht mehr sauber, rutschen durch, und der entstehende Effekt heisst „Gangspringer“.
Link
Getriebe - schematische Erklaerung
4V1 Schaltgestaenge
4V0 Getriebe Schaltmechanik
4V1 Getriebe Funktion
4V0 Schaltfehler, o. Kupplung, Assistent
4V0 Schaltvorgang
4V1 Getriebe ausdistanzieren
4V1 Gangspringer