Direktschaltgetriebe

Das VW-Doppelkupplungsgetriebe DSG

Ein Doppelkupplungsgetriebe ist ein automatisiertes Schaltgetriebe, das mittels zweier Teilgetriebe einen vollautomatischen Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung ermöglicht. Die Getriebesteuerung wählt die Gänge selbständig oder nach Fahrerwunsch (Schaltwippe/Hebel) 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. Dieses Prinzip ermöglicht einen Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung, indem gleichzeitig eine Kupplung schließt, während die andere öffnet. In der Großserie wurde das Doppelkupplungsgetriebe erstmals unter der Bezeichnung Direktschaltgetriebe (DSG, engl. Direct Shift Gearbox) von VW im Jahr 2003 eingeführt.

Prinzipbild eines Doppelkupplungsgetriebes

Wie das Prinzipbild rechts 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, werden daher hier nicht näher beschrieben. Eine Besonderheit ist der Getriebeausgang. Die beiden Teilgetriebe arbeiten auf einen gemeinsamen Getriebeausgang beziehungsweise Differential.

Ablauf der Schaltvorgänge

Eine elektronische Getriebesteuerung entscheidet entsprechend den Schaltprogrammen, (vor allem) der Drehzahl beziehungsweise Geschwindigkeit und den 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). Im Anschluss ist noch eine Anpassung der Motordrehzahl an die neue Getriebeübersetzung notwendig. Es kann somit ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet werden, die Zeit für den Gangwechsel ist nur von der Stellgeschwindigkeit der Kupplungen abhängig. Die Zeit für die Drehzahlangleichung ist auch von der Steuerfähigkeit des Verbrennungsmotors abhängig. Das heißt, der Schaltvorgang läuft in der Regel innerhalb weniger Hundertstelsekunden ab und ist kaum spürbar. Anders als bei herkömmlichen Schaltgetrieben wird der Kraftfluss im Antriebsstrang praktisch nicht unterbrochen. Das Fahrzeug wirkt deutlich agiler und beschleunigt schneller.

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 auf dem anderen Teilgetriebe aus. Ist beispielsweise bei Fahrt im dritten Gang mit relativ niedriger Drehzahl und relativ hoher Last mechanisch auch der zweite Gang eingelegt, so muss nur die Doppelkupplung betätigt werden, um das Moment tatsächlich über den vorgewählten Stützgang (in diesem Fall der Zweite) zu übertragen und dessen Übersetzung wirksam werden zu lassen. Wird in der Beispielsituation aber manuell oder durch Kick-down (Durchtreten des Gaspedals) der erste Gang angefordert, schaltet das Getriebe trotzdem kurz in den Zweiten und erst dann in den Ersten.

Kupplungsvarianten

In Doppelkupplungsgetrieben kommen in der Regel zwei nass- oder trockenlaufende Lamellenkupplungen zum Einsatz.

Trockenlaufende Kupplungen in Doppelkupplungsgetrieben werden serienmäßig nur in der Kompaktklasse mit Motoren bis etwa 250 Nm Drehmoment eingesetzt, da die Abführung der bei höheren Belastungen auftretenden Abwärme sehr große Bauformen erfordern würde.

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 einen Wirkungsgradverlust zur Folge hat. Zusätzlich dazu sorgt der Betrieb der Ölpumpe (Leistung 500 Watt^[1]) für eine Verringerung des Wirkungsgrades um insgesamt 3–4 %.^[2]

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.

Historie und Markennamen

Im Jahr 1939 meldete der französische Erfinder Adolphe Kégresse und 1940 der Darmstädter Professor Rudolf Franke 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.

Bei Volkswagen gibt es seit 2003 das 6-Gang-Direktschaltgetriebe (DSG) in Serie.

Namen bzw. Marken bei Autoherstellern und Zulieferern:

• Alfa Romeo DDCT (ab 2009 im Alfa Romeo MiTo)
• Getrag – GETRAG PowerShift® bzw. DCT (Dual Clutch Transmission)
  • BMW – M DKG Drivelogic (Markteinführung März 2008 im BMW M3 und ab Herbst 2008 auch im BMW 335i und im neuen BMW Z4)
  • Chrysler – PowerShift® (Vorstellung auf der IAA 2007 im Dodge Journey in Kombination mit 2,0-l-Turbodiesel)
  • Ferrari – (ab Januar 2009, 7-Gang-Doppelkupplungsgetriebe im Ferrari California)
  • Ford – Powershift (Markteinführung Frühjahr 2008)
  • Mitsubishi – Twin Clutch SST (Sport Shift Transmission, Vorstellung November 2007 im Mitsubishi Lancer Evolution X)
  • Volvo – Powershift (Markteinführung Mai 2008 im C 30, S 40 und V 50 in Kombination mit dem 2,0-l-Turbodiesel)
• LuK – PSG (Parallelschaltgetriebe)
• Ricardo Engineering [1]
  • Bugatti – DSG (im Bugatti Veyron, 7-Gang-DSG seit 2005)
• Volkswagen – DSG (Direktschaltgetriebe)
  • Artega – DSG (Vorstellung im Artega GT, 6-Gang-DSG von VW)
  • Audi – S tronic (bis Mitte 2005 unter der Bezeichnung DSG)
  • Seat – DSG
  • Škoda – DSG (6-Gang-DSG seit 2009, 7-Gang-DSG seit Februar 2009, erhältlich in der Modellreihe Octavia II)
  • Volkswagen – DSG (6-Gang-DSG seit 2003, erhältlich für Motoren bis 350 Nm; 7-Gang-DSG seit 2007, erhältlich in verschiedenen Modellen)
• ZF Friedrichshafen
  • Porsche – PDK® (seit Juli 2008 im Porsche 911, ab Februar 2009 im Cayman und Boxster, ab Oktober 2009 auch im Porsche Panamera)

Bedienung

Das Doppelkupplungsgetriebe ist ein automatisches Getriebe. Die Bedienung des Getriebes entspricht weitestgehend 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, wie ein zu hoher Gang bei starkem Gefälle, empfohlen. 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.

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 laufendem 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 vorhanden 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.

Weblinks

• Schnitt durch ein Direktschaltgetriebe
• Pressemitteilung der Volkswagen AG
• Sehr schönes animiertes Getriebeschema
• http://www.kfz-tech.de/DoppKupplGetriebe.htm
• Getriebestrukturen zwischen Automatik- und Doppelkupplungsgetrieben
• Hybridantrieb durch Kombination mit Startergenerator
• Zahlen aus der DSG-Welt (regiowiki.hna.de)
• Bericht über das M DKG auf BMW TV
• Das 7-Gang-DSG von VW
• VDC (Variable Double Clutch) - Doppelkupplungsgetriebe für Off-Highway

Literatur

• Karl Ludvigsen: Porsche – Excellence Was Expected. Bentley Publishers, Cambridge/Massachusetts 2003, S. 917 ff.

Quellen

1. ↑ Vergleich des 6 bzw. 7-Gang-DSG
2. ↑ Artikel bei PM zum neuen 7 Gang DSG von VW