Doppelkupplungsgetriebe

VW-Direktschaltgetriebe (DSG)

Ein Doppelkupplungsgetriebe ist ein automatisiertes Schaltgetriebe, das mittels zweier Teilgetriebe einen vollautomatischen Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung ermöglicht. Die Getriebesteuerung wählt die Gänge selbsttätig oder nach Fahrerwunsch (Schaltwippen/Wählhebel) im Rahmen der zugelassenen Drehzahlbereiche. Im Gegensatz zu Automatikgetrieben mit hydraulischem Drehmomentwandler erfolgt die Übertragung des Moments über eine von zwei Kupplungen, die zwei Teilgetriebe mit dem Antrieb verbinden. Wie beim automatischen Getriebe mit hydraulischem Drehmomentwandler ermöglicht auch dieses Prinzip einen Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung, indem gleichzeitig eine Kupplung schließt, während die andere öffnet.

Getriebeaufbau

Prinzipbild eines Doppelkupplungsgetriebes

Wie das Prinzipbild zeigt, besteht das Doppelkupplungsgetriebe aus zwei automatisierten Teilgetrieben mit jeweils einer Kupplung. Ein Teilgetriebe trägt die geraden Gänge (grau dargestellt), das andere die ungeraden Gänge (blau dargestellt). Der Rückwärtsgang (hier nicht dargestellt) kann je nach Getriebekonzept dem geraden oder ungeraden Teilgetriebe zugeordnet sein. Vom Radsatzprinzip entsprechen die Teilgetriebe einem manuellen Fahrzeuggetriebe, diese werden daher hier nicht näher beschrieben. Eine Besonderheit ist der Getriebeausgang; die beiden Teilgetriebe arbeiten auf einem gemeinsamen Getriebeausgang.

Ablauf der Schaltvorgänge

Eine elektronische Getriebesteuerung entscheidet entsprechend den Schaltprogrammen, (vor allem) der Drehzahl beziehungsweise Geschwindigkeit und der Anforderung des Fahrers (Gaspedal, Wählhebel) über die Gangwahl und steuert die Schaltvorgänge. Die integrierte Aktorik betätigt die Teilgetriebe und die Kupplungen elektromechanisch oder hydraulisch.

Vor dem Schalten wird zunächst im lastfreien Zweig der zu schaltende Gang eingelegt (Vorwahl). Dann wird die Kupplung des vorgewählten Ganges geschlossen und die des bisher belasteten Ganges gleichzeitig geöffnet (Momentenübergabe). Durch elektronisch aufeinander abgestimmtes „Schleifen“ der beiden Kupplungen geschieht in dieser Phase die Anpassung der Motordrehzahl an die neue Getriebeübersetzung. Es wird somit ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet. Die Dauer dieser Phase wird, um einen deutlichen Ruck zu vermeiden, vom Drehzahlunterschied abhängig gemacht und beträgt einige Hundertstel- bis Zehntelsekunden.

Ohne Zugkraftunterbrechung kann dabei allerdings nur von einem geraden in einen ungeraden Gang und umgekehrt geschaltet werden. Die Steuerung wählt aus diesem Grund situationsabhängig einen vorübergehenden Stützgang aus dem anderen Teilgetriebe aus. Ist beispielsweise bei Fahrt im fünften Gang mit relativ niedriger Drehzahl und relativ hoher Last mechanisch auch der vierte Gang eingelegt, so muss nur die Doppelkupplung betätigt werden, um das Moment tatsächlich über den vorgewählten Stützgang (in diesem Fall der Vierte) zu übertragen und dessen Übersetzung wirksam werden zu lassen. Wird in der Beispielsituation aber manuell oder durch Kick-down (Durchtreten des Gaspedals) der dritte Gang angefordert, schaltet das Getriebe trotzdem kurz in den Vierten und erst dann in den Dritten. Je nach Programmierung sind bei einem Kick-down auch beide Kupplungen geöffnet, der angeforderte Gang wird eingelegt und die entsprechende Kupplung wieder geschlossen, was jedoch zirka 1–2 Sekunden in Anspruch nimmt und so zu einer Zugkraftunterbrechung führt.

Bedienung

Das Doppelkupplungsgetriebe ist ein automatisches Getriebe. Die Bedienung des Getriebes entspricht weitgehend der Handhabung anderer vollautomatischer Getriebe. Eingriffe des Fahrers sind nur in Form von Betätigungen des Wählhebels bei Fahrtantritt, zum Rückwärtsfahren und Parken erforderlich oder in besonderen Situationen, wenn z. B. ein niedriger Gang bei starkem Gefälle empfohlen wird. Wünscht der Fahrer die manuelle Gangwahl, kann er dies beispielsweise über Schaltwippen am Lenkrad oder durch Tippen (nach vorn oder hinten) des Wählhebels einer zweiten Gasse auslösen.

Kupplungsvarianten

In Doppelkupplungsgetrieben kommen in der Regel zwei nasslaufende Lamellenkupplungen oder Einscheibentrockenkupplungen zum Einsatz.

Einscheibentrockenkupplungen in Doppelkupplungsgetrieben werden serienmäßig nur in der Kompaktklasse mit Motoren bis etwa 250 Nm Drehmoment eingesetzt, da die Abführung der größeren Verlustwärme bei höheren Leistungen schwierig zu realisieren ist.

Nasslaufende Kupplungen erlauben bei gleicher Baugröße höhere Drehmomente und Fahrzeugmassen. Die beim Schaltvorgang und Anfahren entstehende Verlustwärme wird über einen Kühlölstrom abgeführt. Als Ölsumpf wird üblicherweise das Getriebe selbst verwendet. Das Öl dient somit sowohl zur Kühlung der Kupplung als auch zur Schmierung des Radsatzes. Eine nasse Doppelkupplung hat immer ein gewisses Schleppmoment im geöffneten Zustand, dadurch kommt es zu höheren Leerlaufverlusten, was eine Wirkungsgradverminderung zur Folge hat. Zusätzlich dazu sorgt der Betrieb der Ölpumpe (Leistung ca. 500 Watt) für eine Verringerung des Gesamtwirkungsgrades um insgesamt 3–4 %.[1]

Darüber hinaus unterscheiden sich Doppelkupplungsgetriebe auch in der Anordnung der Kupplungen. Üblich sind neben der Anordnung zweier Kupplungen gleichen Durchmessers hintereinander (vgl. Prinzipbild) auch Konstruktionen, bei denen ein unterschiedlicher Scheibendurchmesser eine Verschachtelung der beiden Kupplungen ermöglicht (vgl. Abbildung VW-DSG). Vorteil dieser Anordnung ist eine kürzere Baulänge des Getriebes.

Varianten der Aktorik

Wie auch beim automatisierten Schaltgetriebe existieren verschiedene Konzepte mit dem Einsatz unterschiedlicher Aktoren zur Ausführung des Schaltvorgangs sowie zur Betätigung der Kupplung: hydraulische Aktorik bzw. elektromechanische Aktorik. Beide Prinzipien haben sowohl Vor- als auch Nachteile. So ist die hydraulische Aktorik, die mit integrierten Hydraulikzylindern arbeitet, z. B. schneller, während die elektromechanische Aktorik, die mit integrierten Elektromotoren arbeitet, energiesparender ist.

2014 brachte Honda eine 8-Gang-Version mit zusätzlichem Drehmomentwandler auf den Markt, zunächst im Acura ILX auf Basis des Honda Civic für den US-Markt. Bei diesem Getriebe 8 DCT kommt ein Drehmomentwandler für einen möglichst weichen Anfahrvorgang zum Einsatz, welcher auch bei Bedarf vor Schaltvorgängen zur Anpassung der Drehzahl dient.

Hybridantrieb über Teilgetriebe

Wird an der Eingangswelle eines der beiden Teilgetriebe ein Startergenerator montiert, kann ein Hybridantrieb realisiert werden, der neben den Betriebsarten des Parallelhybrids zusätzliche Betriebsarten erlaubt, die sonst eine zusätzliche Kupplung erfordern, die im Doppelkupplungsgetriebe ja bereits integriert ist. Ein so angeordneter Startergenerator kann jedoch nicht die Schwungscheibe ersetzen, wie dies Parallelhybride und Kurbelwellen-Startgeneratoren erlauben. Ist der Startergenerator durch die geöffnete Kupplung vom stillstehenden, also schleppverlustfreien Verbrennungsmotor getrennt, erlaubt dies einen elektrischen Fahrzeugantrieb, Bremsenergierückgewinnung und elektrischen Betrieb der Klimaanlage. Ist der Startergenerator über die geschlossene Kupplung des Teilgetriebes mit dem laufenden Verbrennungsmotor verbunden, so kann dieser elektromotorisch unterstützt oder zur Batterieladung belastet und sein Arbeitspunkt beeinflusst werden. Ist hierbei das andere Teilgetriebe auf Grund der Gangwahl ebenfalls mit dem Motor verbunden, so muss das erste Teilgetriebe in Neutralstellung sein. Voraussetzungen sind neben den zwei bereits vorhandenen Kupplungen, den zwei bereits vorhandenen Teilgetrieben und der Möglichkeit, das Teilgetriebe in Neutralstellung zu betreiben, für die jeweilige Funktion ausreichende Eigenschaften der Batterie und des Startergenerators.

Geschichte und Markennamen

Die britischen Morgan Threewheeler hatten bis 1931 ein Zweigang-Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Antriebsketten am Hinterrad. Im Jahr 1939 meldeten der französische Erfinder Adolphe Kégresse und 1940 der Darmstädter Professor Rudolf Franke[2] erste Patente für eine Art Doppelkupplungsgetriebe an. Doch erst in den 1980er Jahren wurde es von Porsche unter dem Namen PDK (Porsche-Doppelkupplungsgetriebe) vorgestellt. Die ersten Studien zum PDK gingen auf das Jahr 1969 zurück, als der für Porsche tätige Ingenieur Imre Szodfridt das PDK anregte. Daraus ergab sich das Porsche-Getriebe Typ 919, dessen Entwicklung vom damaligen Porsche-Technikchef Ferdinand Piëch unterstützt wurde, das aber aufgrund zu ruppiger Schaltvorgänge nicht in die Serienfertigung gelangte. Im Zuge der Entwicklung des Porsche 956/962 wurde das PDK wieder aktuell und mehrfach von Porsche im Rennsport eingesetzt.

In Großserie wurde ein Doppelkupplungsgetriebe erstmals unter der Bezeichnung Direktschaltgetriebe (DSG) von VW im Jahr 2003 eingeführt. Hersteller der nasslaufenden Doppelkupplung ist der Zulieferer BorgWarner Transmission Systems. Seit 2008 verwendet VW auch 7-Gang-Direktschaltgetriebe mit Trockenkupplung für kleinere Motoren bis 132 kW und Drehmomente bis 250 Nm.[3] 2009 folgte mit dem DQ500 ein weiteres Modell, das in größeren Fahrzeugen bis zu 600 Nm angeboten wird.[4]

Bei deutschen Automobilherstellern werden Doppelkupplungsgetriebe z. B. der Firma Getrag (u. a. bei BMW und Mercedes) oder Eigenentwicklungen (u. a. bei der Volkswagen AG mit dem DSG und bei Mercedes mit Getriebebaureihe 724) verbaut.[5]

Namen bzw. Marken bei Fahrzeugherstellern (teilweise keine Eigenentwicklungen, sondern von Zulieferern):

Rückrufaktionen und bekannte Probleme im Serieneinsatz

Das Doppelkupplungsgetriebe DQ200 des Volkswagen-Konzerns war in einigen Ländern der Welt Gegenstand von Rückrufaktionen wegen technischer Probleme. So wurden im Jahr 2009 in den USA 13.500 Fahrzeuge mit DQ200 wegen Problemen in die Werkstätten zurückgerufen.[12]

2013 musste Volkswagen in China etwa 384.000 Fahrzeuge zurückrufen, da es zu Problemen mit dem Doppelkupplungsgetriebe DQ200 gekommen war.[13][14] Nach Volkswagen-Angaben stehen diese Probleme in Verbindung mit Witterungsbedingungen (wechselnde Temperaturen bei hoher Luftfeuchtigkeit und dadurch Kondenswasserbildung im Öl).

In Japan wurden 2013 etwa 91.000 Fahrzeuge zurückgerufen, dabei handelte es sich nur um Fahrzeuge mit dem trockenen 7-Gang DSG (DQ200).[15]

Im November 2013 rief der Volkswagen-Konzern weltweit 1,6 Millionen Fahrzeuge mit trockenlaufendem 7-Gang-Doppelkupplungsgetriebe, Typ DQ200, zurück, 257.000 davon in Deutschland. Betroffen waren Fahrzeuge der Marken Volkswagen, Audi, Seat und Škoda.[16][17] Auch später kam es noch zu Klagen wegen schnell verschlissenen Kupplungen sowie Sensorproblemen, welche den Austausch der Schalteinheit notwendig machen.

In Schweden wurde 2012 der Verkauf von Taxen vom Typ VW Passat mit DSG eingestellt, da es wiederholt zu Problemen im Taxibetrieb gekommen war.[18]

Vor- und Nachteile gegenüber konventionellen Automatikgetrieben

Doppelkupplungsgetriebe verbrauchen zwischen den Schaltvorgängen nur wenig Energie, da sie ohne Zugkraftunterbrechung mit geringem Kupplungsverlust schalten. Die Nachteile der Getriebeart haben sich in den letzten Jahren stark reduziert.

Literatur

  • Karl Ludvigsen: Porsche – Excellence Was Expected. Bentley Publishers, Cambridge MA 2003, S. 917 ff.
Wiktionary: Doppelkupplungsgetriebe – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. ↑ Artikel zum neuen 7-Gang-DSG von VW. (Memento vom 30. Januar 2008 im Internet Archive) pm-magazin.de
  2. ↑ Patent DE923402C: Kraftschlüssiges Zahnräder-Stufenschaltgetriebe mit Vorwählung und Verfahren zu seiner Schaltung. Angemeldet am 20. März 1940, veröffentlicht am 1. Dezember 1955, Anmelder: Rudolf Franke, Erfinder: Rudolf Franke Sen., Rudolf Franke Jun..‌
  3. ↑ Pressemitteilung. Volkswagen Media Service, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 5. Juli 2011; abgerufen am 28. März 2013.
  4. ↑ Pressemitteilung. Volkswagen AG, 21. Januar 2010, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 31. August 2016; abgerufen am 7. September 2016.
  5. ↑ Vorteil Doppelkupplungsgetriebe – Antriebstechnik. In: Welt Online. 21. Oktober 2016, abgerufen am 22. September 2019.
  6. ↑ Volkswagen „autogramm“. 30. Januar 2007, abgerufen am 6. März 2017.
  7. ↑ Porsche-Entwicklungsvorstand Wolfgang Hatz: „Einen Vierzylinder werden wir beim Macan sicherlich machen“. In: automobil-produktion.de. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 19. September 2014; abgerufen am 11. Mai 2014.
  8. ↑ Our Products. Volkswagen Automatic Transmission Tianjin, abgerufen am 21. April 2019.
  9. ↑ Standortsymposium der Volkswagen Konzern Komponente in Kassel: Mit innovativen Prozessen und Produkten auf dem Weg zur Transformation. Abgerufen am 25. August 2019.
  10. ↑ Mihnea Radu: Volkswagen Tiguan PHEV Launched in China. 30. Juni 2019, abgerufen am 21. September 2019 (englisch).
  11. ↑ 15 Jahre Volkswagen Doppelkupplungsgetriebe: DSG leitete in Europa den Siegeszug der Automatik ein. 12. Mai 2018, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 25. August 2019.
  12. ↑ Pkw: US-Rückruf bei VW. In: FOCUS Online. 21. August 2009, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 25. Dezember 2014; abgerufen am 18. Juli 2013.
  13. ↑ Volkswagen ruft über 384.000 Fahrzeuge in China zurück | tagesschau.de. 23. März 2013, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 23. März 2013; abgerufen am 6. März 2017.
  14. ↑ Die deutschen Autobauer bekommen Schwierigkeiten in China - ist das ein Zufall oder Absicht der Regierung? Automobilwoche, 25. März 2013.
  15. ↑ Volkswagen ruft in Japan 91.000 Autos wegen DSG-Problemen zurück. In: autozeitung.de. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 7. Juni 2013 .
  16. ↑ Andre Tauber: Rückruf: Volkswagen erleidet schweren Getriebeschaden. In: Welt Online. 14. November 2013 .
  17. ↑ Rückrufaktion: Was betroffene VW-Kunden jetzt wissen müssen. In: Spiegel Online. 14. November 2013, abgerufen am 22. September 2019.
  18. ↑ Mikael Stjerna: Volkswagen Passat slut som taxi. In: Teknikens Värld. 29. Dezember 2012, abgerufen am 22. September 2019 (schwedisch).
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Direktschaltgetriebe