AutoRai

28-11-2002

Volkswagen DSG - automatisch schakelende zesversnellingsbak

Volkswagen presenteert een technische wereldprimeur: de sportieve en verbruiksgunstige, direct schakelende zestraps automatische transmissie DSG.

Deze bijzonder dynamische manier van krachtoverbrenging met geïntegreerde dubbele koppeling wordt (vanaf het eerste kwartaal 2003) voor het eerst aangeboden in de Golf R32.

In de loop van 2003 wordt de DSG in meer modellen leverbaar vooral in combinatie met koppelsterke motoren. Volkswagen zet met de nieuwe dubbel-koppelingstransmissie het voor alle klassen geldende aandrijflijn-offensief voort.

Als een van de eerste autofabrikanten biedt Volkswagen in volumesegmenten voor bepaalde modellen en uitvoeringen reeds standaard handgeschakelde zesversnellingsbakken aan. In de topklasse volgde medio september de introductie van een nieuwe zestraps automaat voor de Touareg V10 TDI. Begin oktober presenteerde Volkswagen in de kleine middenklasse (New Beetle Cabriolet) als eerste fabrikant een dwars ingebouwde zestraps automaat lange tijd een configuratie die niet haalbaar leek. Met de DSG breidt de onderneming het spectrum uit met een technisch volledig nieuw transmissietype.

Volkswagen investeerde 150 miljoen euro in de DSG-productie; in de transmissiefabriek Kassel kunnen dagelijks maximaal 1.000 eenheden worden geproduceerd

De nieuwe DSG-transmissie wordt geproduceerd in de Volkswagen-fabriek in Kassel. Hier heeft het Volkswagen-concern 150 miljoen euro geïnvesteerd in de bijbehorende productiefaciliteiten. Deze hebben een capaciteit van maximaal 1.000 eenheden per dag.

De constructie van de direct schakelende automatische transmissie is speciaal afgestemd op de sportieve en economische eisen van Europese automobilisten. De DSG (Direct Shift Gearbox) verschilt in belangrijke mate van de reeds lang bekende, en met name in de VS in alle segmenten populaire, conventionele automatische transmissie. In de DSG wordt geen koppelomvormer als wegrij-element toegepast. Anderzijds is de DSG ook geen variant van de in de Lupo 3L TDI toegepaste, geautomatiseerde versnellingsbak. De DSG-ingenieurs kozen daarentegen voor een technisch revolutionair concept, waarbij ze de razendsnelle reacties en het rijplezier van een handgeschakelde versnellingsbak hebben gecombineerd met het comfort van een conventionele automaat.

De DSG laat de handgeschakelde versnellingsbak ver achter zich als het gaat om verbruik, prestaties, schakelsnelheid, schakelcomfort en rijplezier

De DSG biedt op het gebied van verbruik en prestaties merkbare voordelen. Met name automobilisten die tot nu toe de voorkeur gaven aan een handgeschakelde versnellingsbak, beschikken met deze nieuwe transmissie nu over een bijzonder interessant alternatief. Bij identieke prestaties ligt het schakelcomfort op het niveau van de beste automatische transmissies. Daarnaast kan via de Tiptronic-functie, en in de Golf R32 via toetsen in het stuurwiel, ook handmatig worden geschakeld. Dat gaat zo snel en kort, dat zowel automatische transmissies als handgeschakelde versnellingsbakken het nakijken hebben.

Techniek overzicht

Volkswagen DSG schakelen in een fractie van een seconde

Een van de meest opvallende conceptkenmerken van de dwars ingebouwde DSG-transmissie betreft twee natte koppelingen (grotere thermische belastbaarheid en betere regelbaarheid dan droge koppelingen), waarvan de druk hydraulisch wordt geregeld. De zogenoemde Koppeling 1 (K1) bedient daarbij de oneven versnellingen (plus de achteruit), de Koppeling 2 (K2) de even versnellingen. In principe moet derhalve sprake zijn van twee parallel geschakelde transmissies in één. Het gevolg van dit ingenieuze koppelingmanagement: bij het schakelen is er geen sprake van de voor geautomatiseerde versnellingsbakken typische onderbreking van de trekkracht. Bij ongekend hoge comforteigenschappen wordt daarmee een onvergelijkbaar dynamisch en comfortabel schakelgevoel gerealiseerd. Het hoge rendement van de transmissie komt nagenoeg overeen met dat van klassieke, handmatig geschakelde versnellingsbakken.

Verantwoordelijk hiervoor zijn naast een intelligent hydraulisch en elektronisch transmissiemanagement (mechatronica), de twee natte koppelingen en steeds twee hoofdassen en twee secundaire assen. Deze constructie maakt het mogelijk dat de volgende versnelling permanent paraat is om te worden geactiveerd; en wel in een fractie van een seconde. Voorbeeld: terwijl de auto in de derde versnelling rijdt, is de vierde versnelling al ingelegd, maar nog niet actief. Zodra het ideale schakelpunt is bereikt, opent de voor de derde versnelling verantwoordelijke koppeling, terwijl de andere koppeling direct sluit en daarmee de vierde versnelling strak schakelt. Daarbij is er sprake van een overlap tussen het openen en sluiten van beide koppelingen en daarmee van het reeds beschreven schakelcomfort van de transmissie. Het gehele schakelproces voltrekt zich binnen de extreem korte tijd van drie- tot vierhonderdste van een seconde.

Als alternatief kan de bestuurder de transmissie snel via Tiptronic schakelen; de Golf R32 met DSG heeft standaard extra schakeltoetsen in het stuur

De DSG-transmissie heeft naast de volautomatische schakelprogrammas D en S ook een Tiptronic-functie die handmatig schakelen mogelijk maakt. In de Golf R32 kan de bestuurder de versnellingen bovendien via schakeltoetsen in het stuurwiel bedienen. In beide gevallen is er sprake van een schakelgevoel dat niet alleen wordt gekenmerkt door een hoogwaardig comfort, maar ook door een extreem schakelplezier. Sportief ingestelde automobilisten beleven daarbij voor het eerst dat de versnellingen als het ware als een schakelaar worden geschakeld. Verder geeft het motor-/transmissiemanagement in de sportstand S zelfs een toefje tussengas, waarmee de schakeldynamiek nogmaals verder toeneemt. Via de meting van de wieltoerentallen door het ABS zorgt het transmissiemanagement ervoor dat bijvoorbeeld in bochten niet ongewenst wordt opgeschakeld.

DSG is een nieuwe transmissiegeneratie, die een maximum aan reactievermogen biedt; verbruik en acceleratie beter dan bij een handgeschakelde versnellingsbak

Over het algemeen geldt dat de aan de DSG gekoppelde motor vanwege de snelle versnellingswisseling altijd in staat is om spontaan de gewenste trekkracht ter beschikking te stellen. Niet minder belangrijk is het feit dat de nieuwe transmissie het snelle reactievermogen van een handgeschakelde versnellingsbak biedt, maar qua verbruik zelfs aanzienlijk beter presteert. Zo verbruikt de Golf R32 met DSG slechts 10,2 liter superplus per 100 kilometer; 1,3 liter per 100 km minder dan de R32 met handgeschakelde versnellingsbak (11,5 l/100 km). Een dergelijke verbruiksreductie is anders alleen maar mogelijk door de toepassing van extreme lichtbouw-materialen. Ook de acceleratiewaarden zijn beter dan bij het model met handgeschakelde zesversnellingsbak. Zo sprint de met DSG en elektronisch startprogramma (Launch-Control) uitgeruste Golf R32 in slechts 6,4 seconden (handgeschakeld 6,6 seconden) van 0-100 km/h. De topsnelheid is met 247 km/h gelijk.

Volkswagen neemt als eerste fabrikant dit transmissietype in productie; zonder de mechatronica-module was DSG in deze vorm ondenkbaar geweest

Volkswagen brengt met de DSG als eerste autofabrikant ter wereld een transmissie met dubbele koppeling op de markt. In de autosport werden dergelijke transmissietypes al eerder toegepast, maar vanwege ontbrekende mechanische en elektronische managementmogelijkheden was het schakelcomfort niet acceptabel voor productiemodellen. Volkswagen heeft echter de zware constructieve eisen in eigen regie perfect opgelost. Naast talrijke nieuwe, hydraulische componenten werd daarbij vooral een complexe mechatronica ontwikkeld, die de toepassing van de DSG pas echt mogelijk maakte. De transmissie werkt dermate overtuigend en met zon enorme rijplezier-component, dat het wel eens de doorbraak van de automaat voor Europa zou kunnen betekenen. En dan vooral in de volumesegmenten, waar nu nog de handgeschakelde versnellingsbak domineert.

Techniek in detail

Volkswagen DSG in DSG vormen mechanica en elektronica een perfecte combinatie

De nieuwe zestraps automatische transmissie is ontworpen voor een maximum koppel van 350 Nm. Hij weegt, inclusief olie (6,4 liter) 90 kilogram. Vanaf de motor gezien is van buiten het uit aluminium vervaardigde koppelingshuis met spievertanding en uitlijn-lagertappen van de primaire as, de vertanding van de synchronisatie-overbrenging en bovenin de bediening van de parkeerblokkering zichtbaar. Het aanzicht vanaf de andere kant van de transmissie toont het complete transmissiehuis met een warmtewisselaar voor de optimalisering van de thermische huishouding, een drukfilter (oliereiniging), de buitenste afdekplaten van de in de transmissie geïntegreerde mechatronica en oliepomp, en een stekker voor de aansluiting op de voertuigelektronica.

De twee hoofdassen verdelen de DSG in twee transmissies; in het voorste deel van de transmissie bevindt zich de schakelcentrale: de mechatronica

De dwarsdoorsnede door het inwendige van de transmissie kan in principe in een voorste en een achterste transmissiedeel worden verdeeld. Hier wordt duidelijk waarom sprake is van twee parallel geschakelde transmissies in één. Helemaal voorin het transmissiehuis bevindt zich de schakelcentrale van de DSG: de mechatronica-module. Daarachter zitten in zogenoemde tandwielkasten de achteruitas en de secundaire as 2 (voor de versnellingen 5, 6 en R). In het midden bevinden zich de hoofdassen 1 en 2 en de via een dubbel vliegwiel door de motor aangedreven dubbele koppeling met veer-demper-element. De beide koppelingen worden hydraulisch bediend. Door Volkswagen zelf ontwikkelde elektromagneetkleppen regelen de aanlegdruk van de beide koppelingen. De elektromagneetkleppen zijn daarbij direct met de alles coördinerende mechatronica-module verbonden.

Door de toepassing van de nieuwe dubbele koppeling beleeft de bestuurder van de Golf R32 een nieuw en fascinerend aandrijfgevoel

De uit de zogenoemde K1 en K2 bestaande dubbele koppeling is een complex en innovatief onderdeel, dat gedurende een vele jaren durend ontwikkelingsproces is uitgerijpt tot het huidige resultaat. De in eerste instantie opgestelde doelstelling om belastbaarheidswaarden te realiseren die gelijk zijn aan een hydrodynamische, dus conventionele koppelomvormer, is volledig gehaald. Met de unieke dubbele koppeling is derhalve een wegrij-element beschikbaar met eigenschappen die niet worden geëvenaard door conventionele automaten met koppelomvormers. Met name door de toepassing van deze koppeling en de goede regelbaarheid van het systeem beleeft de bestuurder een volledig nieuw, direct en daarmee fascinerend aandrijfgevoel.

Eveneens aan de niet tegen de motor liggende zijde bevindt zich de oliepomp. Deze wordt via een in de binnenste hoofdas lopende as met het motortoerental aangedreven. In het onderste deel van de transmissie zijn de secundaire as 1 (voor de versnellingen 1, 2, 3, 4) en het synchronisatiedeel (differentieel) met geïntegreerde parkeersper geplaatst.

Een interessante technisch overlapping tussen de handmatige en de automatische transmissiewereld: elke versnelling van de DSG heeft een conventioneel gesynchroniseerd tandwielpaar, net als bij handgeschakelde versnellingsbakken van Volkswagen. Het prestatievermogen van de synchromeshes is door een frictielaag nogmaals aanzienlijk vergroot, om minimale synchronisatietijden te realiseren. Dankzij de toepassing van deze schakeleenheden, die onafhankelijk van elkaar kunnen worden bediend, konden de ingenieurs alle eisen voor wat betreft een vrije versnellingskeuze vervullen.

Achtergrond: de ontwikkeling en de continue optimalisering van trekkrachtonderbrekingsvrij schakelen van even naar even versnellingen, alsmede van oneven naar oneven versnellingen is van eminent belang. Want als resultaat maakt de DSG schakelmanoeuvres mogelijk, zoals de snelle terugschakeling van de 6e naar de 2e versnelling, die tot nu toe door geen andere automatische transmissie worden geëvenaard.

Productietoleranties op instrumentmakersniveau
Alle onderdelen van de DSG worden met extreme precisie gefabriceerd. De toleranties zijn uitgesproken klein en liggen op instrumentmakersniveau, vergelijkbaar met die van hoogwaardige horloges. Waar het de hydraulische componenten betreft, bedraagt de speling bijvoorbeeld slechts 3 µm. Bovendien zijn alle componenten zwaar belastbaar.

Een as met twee assen: de hoofdas 1 bevindt zich in de hoofdas 2; innovatief onderdeel vormt bliksemsnel eenheid met de dubbele koppeling

Een bijzonder voorbeeld van innovatieve productietechniek betreft de twee hoofdassen van de transmissie; deze spelen constructief gezien een sleutelrol. Beide hoofdassen bevinden zich op een gemeenschappelijke as. De buitenste hoofdas 2 is uitgevoerd als holle as, waarin de hoofdas 1 als massieve as is geïntegreerd. Beide assen zijn onder elkaar concentrisch via twee naaldlagers gelagerd en zo opgebouwd dat individuele componenten uit beschikbare handgeschakelde versnellingsbakken van Volkswagen kunnen worden toegepast.

Als één as gezien, bevindt zich aan de niet tegen de motor liggende zijde het tandwiel voor de 5e versnelling, gevolgd door de tandwielen voor de achteruit en de 1e versnelling. Daarna is het impulstandwiel (toerentalmeting voor synchronisering van de schakelprocessen) van hoofdas 1 geplaatst. Hierachter bevinden zich de tandwielen voor de 3e, 4e, 6e en 2e versnelling. Direct achter het tandwiel van de 2e versnelling volgt het impulstandwiel van hoofdas 2. Deze opstelling etaleert tegelijkertijd een bijzonderheid van de dubbel-koppelingstransmissie: anders dan bij conventionele, handgeschakelde versnellingsbakken zijn hier de versnellingen 1 en 3, 2 en 4, alsmede de achteruit steeds als één schakeleenheid uitgevoerd. In samenwerking met een ingenieus uitgevoerde synchronisering (meerconussysteem voor de versnellingen 1, 2, 3 en achteruit) worden zo onder meer de bijzonder korte schakeltijden mogelijk.

De mechatronica-module combineert de wereld van mechanica en elektronica; regeleenheid bevindt zich in maximaal 140 graden hete transmissievloeistof

Het meest complexe onderdeel van de DSG is de mechatronica-module voor de regeling van de transmissie. Het bevindt zich direct in de transmissie, dus in de maximaal 140 graden hete transmissievloeistof. Met name ten behoeve van de bescherming van de halfgeleider-elementen van de high performance-computer, zorgt de extern aan de transmissie aangebouwde warmtewisselaar voor gezonde thermische omstandigheden.

In principe bestaat de mechatronica uit een regeleenheid en een zogenoemde kleppenkast met twaalf individuele sensoren (een sensor vertaalt natuurkundige of chemische waarden in elektrische stroom) en actuators (actuator: zet elektrische signalen om in een mechanisch proces).

In detail bepaalt en regelt de mechatronica-module onder andere de gegevens voor de bediening van de koppelingen, de hoofdassen en secundaire assen, de koeling, de individuele versnellingen, de drukken en de verschillende veiligheidssystemen. Daarvoor dienen vijf modulatiekleppen, vijf schakelkleppen, alsmede een veelvoud van hydraulisch bediende schakelstangen. Het transmissiemanagement communiceert met het netwerk van de auto. Transmissiegegevens gaan naar andere systemen en omgekeerd gaat informatie van auto en motor naar de transmissiecomputer. De transmissie werkt daardoor zo perfect en met zon enorme rijplezier-component, dat het wel eens de doorbraak van de automaat voor Europa zou kunnen betekenen. En dan vooral in de volumesegmenten, waar nu nog de handgeschakelde versnellingsbak domineert.