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.